รอยเลื่อน

ในทางธรณีวิทยานั้น รอยเลื่อน () หรือ แนวรอยเลื่อน () เป็นรอยแตกระนาบ (planar fracture) ในหิน ที่หินด้านหนึ่งของรอยแตกนั้นเคลื่อนที่ไปบนหินอีกด้านหนึ่ง รอยเลื่อนขนาดใหญ่ในชั้นเปลือกโลกเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ที่แตกต่างกันหรือเฉือนกันและเขตรอยเลื่อนมีพลัง (active fault zone) เป็นตำแหน่งที่ไม่แน่นอนของการเกิดแผ่นดินไหวทั้งหลาย แผ่นดินไหวเกิดจากการปล่อยพลังงานออกมาระหว่างการเลื่อนไถลอย่างรวดเร็วไปตามรอยเลื่อน รอยเลื่อนหนึ่งๆตามแนวตะเข็บรอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลกของการแปรสัณฐาน (tectonic) สองแผ่นเรียกว่ารอยเลื่อนแปรสภาพขนาดใหญ่ (transform fault) 

ด้วยปรกติแล้วรอยเลื่อนมักจะไม่เกิดขึ้นเป็นรอยเลื่อนเดี่ยวอย่างชัดเจน คำว่า “เขตรอยเลื่อน” (fault zone) จึงถูกนำมาใช้เมื่อกล่าวอ้างถึงเขตที่มีการเปลี่ยนลักษณะที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นร่วมกับระนาบรอยเลื่อน ด้านทั้งสองของรอยเลื่อนที่ไม่วางตัวอยู่ในแนวดิ่งเรียกว่า “ผนังเพดาน” (hanging wall) และ “ผนังพื้น” (foot wall) โดยนิยามนั้นหินเพดานอยู่ด้านบนของรอยเลื่อนขณะที่หินพื้นนั้นอยู่ด้านล่างของรอยเลื่อน นิยามศัพท์เหล่านี้มาจากการทำเหมือง กล่าวคือเมื่อชาวเหมืองทำงานบนมวลสินแร่รูปทรงเป็นแผ่นเมื่อเขายืนบนหินพื้นของเขาและมีหินเพดานแขวนอยู่เหนือเขา

กลไก 

การเกิดและพฤติกรรมของรอยเลื่อนทั้งในรอยเลื่อนขนาดเล็กโดดๆ และภายในเขตรอยเลื่อนขนาดใหญ่ที่อธิบายได้ว่าเป็นแผ่นเทคโทนิกนั้นถูกควบคุมโดยการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของหินในแต่ละด้านของระนาบรอยเลื่อน 

เนื่องจากการเสียดสีและความไม่ยืดหยุ่นของหินทำให้หินไม่สามารถเลื่อนไถลไปซึ่งกันและกันได้โดยง่าย โดยที่จะมีความเค้น (stress) เกิดขึ้นในหินและเมื่อความเค้นเพิ่มขึ้นจนถึงระดับหนึ่งที่เกินจุดสูงสุดของความเครียด (strain threshold) พลังงานศักย์ที่สะสมไว้จะถูกปล่อยออกมาเป็นความเครียดซึ่งจะถูกจำกัดลงบนระนาบตามที่การเคลื่อนที่สัมพัทธ์เกิดขึ้น ที่ทำให้เกิด “รอยเลื่อน” นั่นเอง 

ความเครียดนั้นมีทั้งที่เกิดจากการสะสมตัวและที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันขึ้นอยู่กับวิทยากระแส (rheology) ของหิน โดยชั้นเปลือกโลกด้านล่างที่ยืดหยุ่นและส่วนของแมนเทิลจะค่อยๆ สะสมการเปลี่ยนลักษณะทีละน้อยผ่านการเฉือน ขณะที่เปลือกโลกด้านบนที่มีคุณสมบัติเปราะจะเกิดเป็นรอยแตกหรือปล่อยความเค้นแบบฉับพลันที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ไปตามแนวรอยเลื่อน รอยเลื่อนหนึ่งๆ ในหินที่มีลักษณะยืดหยุ่นก็สามารถปล่อยความเครียดออกมาแบบฉับพลันได้เหมือนกันเมื่ออัตราความเครียดมีมากเกินพอ พลังงานที่ถูกปล่อยออกมาโดยการปล่อยความเครียดแบบฉับพลันนั้นเป็นสาเหตุของแผ่นดินไหวซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปอันหนึ่งที่เกิดตามแนวรอยต่อที่แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่สวนกัน (transform boundary)

รอยแตกจุลภาคและทฤษฎี AMR 
รอยแตกจุลภาคหรือความไหวสะเทือนจุลภาคบางทีก็เข้าใจว่าเป็นลักษณะปรากฏที่เกิดขึ้นจากหินที่อยู่ภายใต้ความเค้น โดยเป็นการคลายตัวขนาดเล็กที่อาจมีพื้นที่เท่ากับจานอาหารใบหนึ่งหรือพื้นที่ขนาดเล็กด้วยการปลดปล่อยความเครียดภายใต้สภาพที่มีความเค้นสูง มันเพียงเกิดขึ้นเมื่อรอยแตกจุลภาคเพียงพอที่เชื่อมต่อกับพื้นที่เลื่อนไถลขนาดใหญ่อันหนึ่งที่เกิดจากเหตุการณ์ไหวสะเทือนหรือแผ่นดินไหวขนาดใหญ่

ตามทฤษฎีนี้นั้น หลังจากเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ความเค้นส่วนใหญ่จะถูกปล่อยออกมาและความถี่ของการเกิดรอยแตกจุลภาคจะต่ำลงอย่างเป็นทวีคูณ ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องอย่าง Accelerating Moment Release (AMR) ที่มีสมมุติฐานว่าอัตราความไหวสะเทือนมีการเร่งไปในลักษณะที่รู้สึกได้อย่างชัดเจนก่อนการเกิดแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ และนี่อาจใช้เป็นเครื่องมือบ่งบอกในการทำนายการเกิดแผ่นดินไหวล่วงหน้าตั้งแต่ในระดับวันไปจนถึงระดับปีได้ 

ทฤษฎีนี้กำลังมีการถูกนำไปใช้เพิ่มขึ้นเป็นอย่างมากเพื่อทำนายการแตกของหินในเหมืองแร่และรวมถึงการประยุกต์อีกมากที่กำลังได้รับความพยายามในส่วนของรอยเลื่อนภายในหินที่เปราะ  พฤติกรรมคล้ายๆกันนี้ก็ถูกสังเกตได้ในการสั่นไหวก่อนการระเบิดของภูเขาไฟด้วย

ระยะเลื่อน ระยะเลื่อนแนวนอน และระยะเลื่อนแนวยืน 

ระยะเลื่อน (slip) คือระยะการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของลักษณะทางธรณีวิทยาที่ปรากฏอยู่บนแต่ละด้านของระนาบรอยเลื่อนและเป็น เวกเตอร์ระยะเลื่อนอันหนึ่ง รูปแบบของระยะเลื่อนนั้นใช้ในการบอกประเภทของรอยเลื่อน ซึ่งมีความชัดเจนจากระยะเลื่อนแนวยืน (throw) ของรอยเลื่อนซึ่งเป็นการเหลื่อมกันในแนวดิ่ง ส่วนระยะเลื่อนแนวนอน (heave) จะวัดระยะเหลื่อมของรอยเลื่อนในแนวระดับ 

เวกเตอร์ของระยะเลื่อนสามารถประเมินในทางคุณภาพได้โดยการศึกษา fault bend folding อย่างเช่นชั้นหินคดโค้งย้วยของชั้นหินบนแต่ละด้านของรอยเลื่อน ทิศทางและขนาดของระยะเลื่อนแนวนอนและระยะเลื่อนแนวยืนวัดได้โดยการหาจุดตัดธรรมดาๆ บนแต่ละด้านของรอยเลื่อน ในทางปฏิบัติแล้วเป็นไปได้ที่เราจะหาทิศทางระยะเลื่อนของรอยเลื่อนและประมาณค่าเวกเตอร์ของระยะเลื่อนแนวนอนกับระยะเลื่อนแนวยืนได้

ประเภทของรอยเลื่อน 
รอยเลื่อนทั้งหลายสามารถจำแนกออกได้เป็น 3 กลุ่มตามลักษณะของระยะเลื่อน (sense of slip) รอยเลื่อนที่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ (หรือระยะเลื่อน) บนระนาบรอยเลื่อนอยู่ในแนวดิ่งจะเรียกว่า “รอยเลื่อนตามแนวมุมเท” (dip-slip fault) แต่หากว่าระยะเลื่อนอยู่ในแนวระดับจะเรียกว่า “รอยเลื่อนตามแนวระดับ” (transcurrent หรือ strike-slip fault) ส่วนรอยเลื่อนที่มีระยะเลื่อนไปตามแนวเฉียงจะเรียกว่า “รอยเลื่อนตามแนวเฉียง” (oblique-slip fault)

สำหรับความแตกต่างในการเรียกชื่อทั้งหมดนั้น ขึ้นอยู่กับมุมเอียงเทสุทธิและลักษณะของระยะเลื่อนของรอยเลื่อนซึ่งไม่ได้พิจารณาการวางตัวในปัจจุบันที่อาจเปลี่ยนแปลงไปจากการโค้งงอหรือการเอียงระดับในระดับท้องถิ่นหรือในระดับภูมิภาคได้

รอยเลื่อนตามแนวมุมเท 

รอยเลื่อนตามแนวมุมเท () สามารถจำแนกแยกย่อยได้เป็นชนิด “รอยเลื่อนย้อน” (reverse fault) และ “รอยเลื่อนปรกติ” (normal fault) รอยเลื่อนปรกติเกิดขึ้นเมื่อเปลือกโลกถูกดึงออกจากกันซึ่งสามารถเรียกรอยเลื่อนชนิดนี้ว่า “รอยเลื่อนที่เกิดจากการยืดหรือดึง” (extensional fault) โดยด้านผนังเพดานของรอยเลื่อนจะเคลื่อนที่ลงสัมพัทธ์กับด้านผนังพื้น มวลหินที่เคลื่อนที่ลงที่อยู่ระหว่างรอยเลื่อนปรกติสองรอยที่มีมุมเอียงเทเข้าหากันเรียกว่า “กราเบน” (graben) ส่วนมวลหินทั้งสองที่เคลื่อนที่ขึ้นตามรอยเลื่อนปรกติติดกับกราเบนดังกล่าวเรียกว่า “ฮอสต์” (horst) รอยเลื่อนปรกติมุมต่ำ (low-angle normal fault) ที่มีนัยสำคัญทางเทคโทนิกในระดับภูมิภาคที่อาจเรียกว่า detachment fault

รอยเลื่อนย้อน (reverse fault) จะกลับกันกับรอยเลื่อนปรกติกล่าวคือ ผนังเพดานจะเคลื่อนที่ขึ้นสัมพัทธ์กับผนังพื้น รอยเลื่อนย้อนบ่งชี้ถึงมีการหดตัวลงของเปลือกโลก มุมเทของรอยเลื่อนย้อนจะมีความชันสูงมากกว่า 45 องศา 

รอยเลื่อนย้อนมุมต่ำ (thrust fault) มีลักษณะการเคลื่อนที่เหมือนกันกับรอยเลื่อนย้อนแต่มีมุมเทของระนาบรอยเลื่อนจะน้อยกว่า 45 องศา รอยเลื่อนย้อนมุมต่ำทำให้เกิดลักษณะของการพัฒนาไปในแนวลาดชัน (ramp)  flats และ fault bend fold รอยเลื่อนย้อนมุมต่ำก็ให้เกิดเป็นชั้นหินทบตัว (nappe) และมวลหินโดดรอยเลื่อน (klippe) ในแนวย้อนมุมต่ำ (thrust belt) ขนาดใหญ่ 

ระนาบรอยเลื่อนเป็นระนาบของพื้นผิวรอยแตกของรอยเลื่อน ส่วนที่ราบของรอยเลื่อนย้อนมุมต่ำจะเรียกว่า “flats” และส่วนที่ลาดเอียงเรียกว่า “แนวลาดชัน”  แบบฉบับของรอยเลื่อนย้อนมุมต่ำจะเคลื่อนอยู่ภายในหมวดหมู่เกิดเป็น flats และก่ายขึ้นไปด้วยแนวลาดชัน

Fault-bend fold เกิดขึ้นโดยการเคลื่อนที่ของผนังเพดานบนผิวรอยเลื่อนที่ไม่ราบเรียบและเกิดร่วมสัมพันธ์กันกับทั้งรอยเลื่อนย้อนมุมต่ำและรอยเลื่อนที่เกิดจากการยืดและดึง

รอยเลื่อนอาจกลับมามีพลังอีกครั้งในภายหลังได้ด้วยการเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ดั้งเดิม (fault inversion) ดังนั้นรอยเลื่อนปรกติหนึ่งๆ อาจกลายเป็นรอยเลื่อนย้อนได้หรือในทางกลับกัน

รอยเลื่อนตามแนวระดับ 

พื้นผิวของรอยเลื่อนตามแนวระดับ () ปรกติแล้วจะวางตัวเกือบอยู่ในแนวดิ่งและผนังพื้นจะเคลื่อนที่ไปไม่ไปทางซ้ายก็ไปทางขวาหรือไปทางด้านข้างโดยที่มีการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งเพียงเล็กน้อยมาก รอยเลื่อนตามแนวระดับ ที่มีการเคลื่อนที่ไปทางด้านซ้ายเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า รอยเลื่อน “sinistral” ขณะที่ที่มีการเคลื่อนที่ด้านข้างไปทางด้านขวาเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า รอยเลื่อน “dexstral”

ส่วนพิเศษของรอยเลื่อนตามแนวระดับคือ “รอยเลื่อนแปรสภาพขนาดใหญ่” (transform fault) ซึ่งเป็นลักษณะที่เกิดจากเพลทเทคโทนิกที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนแผ่ออกไปจากแนวศูนย์กลางอย่างเช่น เทือกเขากลางสมุทร รอยเลื่อนแปรสภาพขนาดใหญ่มักเรียกขานกันว่า “แนวแผ่นเปลือกโลกตามรอยเลื่อนแปรสภาพขนาดใหญ่” (transform plate boundary)

รอยเลื่อนตามแนวเฉียง 

รอยเลื่อนหนึ่งๆ ที่มีองค์ประกอบที่เป็นทั้งรอยเลื่อนปรกติและรอยเลื่อนตามแนวระดับจะเรียกว่า “รอยเลื่อนตามแนวเฉียง” () รอยเลื่อนเกือบทั้งหมดจะมีองค์ประกอบทั้งการเลื่อนปรกติและการเลื่อนตามแนวระดับ ดังนั้นการจะนิยามให้รอยเลื่อนเป็นแบบตามแนวเฉียงนั้นต้องมีการเลื่อนทั้งตามแนวปรกติและตามแนวระดับที่มีขนาดที่วัดได้และมีนัยสำคัญ รอยเลื่อนตามแนวเฉียงบางรอยพบอยู่ในแนวเฉือนแบบ transtensional และในแนวเฉือนแบบ transpressional หรือในลักษณะอื่นที่ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงของการแผ่ขยายตัวออกหรือการหดสั้นลงในระหว่างการเสียรูปแต่ในช่วงแรกๆที่เกิดเป็นรอยเลื่อนนั้นยังคงมีพลังอยู่

มุมกลับ (hade) ถือเป็นมุมก้มโดยเป็นมุมระหว่างระนาบรอยเลื่อนกับระนาบแนวดิ่งที่มีแนวระดับขนานไปกับรอยเลื่อนนั้น

หินรอยเลื่อน 
รอยเลื่อนทั้งหมดมีค่าความหนาอยู่ค่าหนึ่งที่วัดได้ที่ประกอบไปด้วยหินที่เสียรูปที่มีลักษณะเป็นไปตามระดับความลึกในเปลือกโลกที่รอยเลื่อนเหล่านั้นเกิดขึ้น ชนิดของหินเป็นผลมาจากรอยเลื่อนและการปรากฏและธรรมชาติของของไหลที่ก่อให้เกิดแร่  หินรอยเลื่อนถูกจำแนกจากเนื้อหินและกลไกลการเกิด รอยเลื่อนหนึ่งๆที่แผ่ผ่านลงไปในระดับต่างๆของธรณีภาคจะมีชนิดของหินรอยเลื่อนที่แตกต่างกันออกไปอย่างมากที่เกิดขึ้นตามพื้นผิวหน้าของมัน การเคลื่อนตัวในแนวปรกติอย่างต่อเนื่องมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดหินรอยเลื่อนในลักษณะที่แตกต่างกันไปตามระดับของชั้นเปลือกโลกด้วยมีการแปรผันในระดับของการพิมพ์ทับลงไป ผลกระทบนี้จะปรากฏชัดเจนเป็นการเฉพาะในกรณีของรอยเลื่อนแยกออก (detachment fault) และรอยเลื่อนย้อนมุมต่ำขนาดใหญ่

ประเภทหลักๆของหินรอยเลื่อน:
 คาตาคลาไซต์ (cataclasite) – หินรอยเลื่อนชนิดหนึ่งที่เศษหินมีการเกาะติดกันแน่นโดยพบอย่างเบาบางหรือเกิดเป็นเศษหินป่นไม่เกาะกัน โดยทั่วไปจะมีลักษณะเป็นเศษหินที่มีความเหลี่ยมคมอยู่ในเนื้อตะกอนละเอียดที่มีองค์ประกอบเหมือนกัน 

 ไมโลไนต์ (Mylonite) – หินรอยเลื่อนชนิดหนึ่งที่เศษหินมีการเกาะติดกันแน่นด้วย planar fabric ที่พัฒนาขึ้นมาอย่างดีอันเป็นผลเนื่องมาจากมีการลดลงในขนาดของเม็ดตะกอนทางเทคโทนิกและโดยทั่วไปจะเป็น porphyroclast กลมมนและเศษหินที่มีองค์ประกอบของแร่ใน matrix ที่เหมือนกัน

 หินกรวดเหลี่ยมรอยเลื่อน (Fault breccia) – เป็นคาตาคลาไซต์เนื้อปานกลางถึงเนื้อหยาบประกอบด้วยเศษหินที่มองเห็นได้มากกว่า 30%

 ผงรอยเลื่อน (Fault gouge) เป็นคาตาคลาไซต์เนื้อละเอียดถึงละเอียดมากที่อุดมไปด้วยเนื้อเคลย์ที่ป่นเป็นผงไม่เกาะกัน ซึ่งอาจมี planar fabric และประกอบไปด้วยเศษหินที่มองเห็นได้น้อยกว่า 30% อาจมีเศษหินอยู่ด้วย

 ซูโดทาชีไลต์ (Pseudotachylite) – มีลักษณะเป็นวัตถุเนื้อละเอียดมากดูเป็นเนื้อแก้วปรกติปรากฏเป็นเนื้อฟลินต์สีดำ เกิดเป็นสายบางๆ หรือเป็นเนื้อประสานในหินกรวดมนหรือหินกรวดเหลี่ยมซึ่งเข้าไปในรอยแตกของหินเหย้า

 เคลย์สเมียร์ (Clay smear) - เป็นผงรอยเลื่อนที่อุดมไปด้วยเคลย์เกิดขึ้นในการลำดับชั้นตะกอนที่มีชั้นตะกอนที่อุดมไปด้วยดินเคลย์ซึ่งถูกเฉือนและเสียรูปอย่างรุนแรงเกิดเป็นผงรอยเลื่อน

ดูเพิ่ม 

 กลุ่มรอยเลื่อนในประเทศไทย

อ้างอิง 

 
 
 Proposed classification of fault rocks
 Diagrams explaining thrust fault geometries

เชื่อมต่อภายนอก 
 Fault Motion Animations 
 An aerial view of the San Andreas fault in the Carrizo Plain, Central California
 LANDSAT image of the San Andreas Fault in southern California 

รอยเลื่อนไหวสะเทือน
ธรณีวิทยาโครงสร้าง