ZESTAW 26
Pojęcie tensora
Tensor jest to wielkość matematyczna (macierz kwadratowa) stosowana do opisu własności fizycznych materiału. Składa się z zespołu wielkości skalarnych (czyli zwykłych liczb reprezentowanych w dalszej części symbolami sigma i tau) związanych z określonym układem współrzędnych (u nas trójwymiarowy układ kartezjański XYZ).
Czym charakteryzuje sie fałd cieniejący?
Fałd cieniejący jest jednym z rodzajów fałdów (klasa 1A) w klasyfikacji Ramsay'a charakteryzujący się maleniem krzywizn ławic na zewnątrz skrętów oraz zmniejszeniem miąższości w przegubach:
Porównać wygięcia otwierające i zamykające.
Wygięcia otwierające i zamykające występują na krawędziach uskoków przesuwczych:
W rejonie wygięć otwierających ma miejsce tensja - dochodzi do powstawania basenów międzyprzesuwczych:
Struktury przy uskoku przesuwczym
W rejonie wygięć zamykających następuje kompresja kolidujących ze sobą skrzydeł uskoku - powstają struktury kontrakcyjne
Struktury przy uskoku przesuwczym
Na końcach takiego uskoku (a także w miejscach zakrzywienia biegu płaszczyzny uskoku) dochodzi do kompensacji ruchu uskoku - ma miejsce tensja lub kompresja. Powstają charakterystyczne struktury:
*sfałdowanie jednego ze skrzydeł i towarzyszące temu uskoki rozrywające
*wypiętrzenia międzyprzesuwcze
*zapadliska międzyprzesuwcze
*struktury typu końskiego ogona
*stylolityzacja tektoniczna
ZESTAW 27
Scharakteryzować typy naprężeń (być może chodzi o stany naprężeń, bądź układy naprężeń)
Naprężenie jest wielkością tensorową którą można wyobrazić sobie jako następujący układ naprężeń (przedstawionych za pomocą strzałek) działających na nieskończenie mały element skały (sześcian):
gdzie:
* literą sigma zapisane są naprężenia normalne (prostopadłe do ścian)
-kompresyjne (ściskające) -w wyniku ściskania skały, dodatnie
-tensyjne (rozciągające) -w wyniku rozciągania skały, ujemne
*literą tau zapisane są naprężenia styczne (ścinające, w płaszczyźnie ścian)
Przedstawiony na rysunku układ naprężeń dla danego pkt. znajdującego się w skale można przedstawić za pomocą tensora:
ponadto gdy spełnione są warunki statyki (sześcian nie obraca się) przeciwległe naprężenia styczne są liczbowo równe, więc redukują się, powstaje tensor naprężeń głównych (normalnych):
Stany naprężeń:
Gdy chcemy rozpatrywać skałę jako całość musimy zdawać sobie sprawę, że w każdym punkcie tej skały układ naprężeń będzie inny co do wartości . Mówimy więc, że w skale panuje niejednorodny stan naprężeń (napięć).
Aby móc praktycznie wykorzystywać tensor naprężeń do przewidywania odkształceń skały (nie da się przecież liczyć odkształceń w nieskończonej liczbie naszych sześcianów elementarnych znajdujących się wewnątrz skały) zakładamy, że w każdym punkcie w interesującej nas części skały tensor naprężeń jest taki sam - stan napięcia jest wówczas jednorodny.
Układy naprężeń:
Istotne znaczenie w tektonice mają następujące układy sił:
*kompresja
*tensja
*ścinanie
*zginanie
które niestety mogą i zazwyczaj występują we wzajemnych kombinacjach. Co gorsza układ naprężeń będzie się zmieniał w zależności od parametrów wytrzymałościowych ciała, jego początkowego kształtu i dalszego odkształcania, sposobu i prędkości przyłożenia naprężeń.
Najprostsze z ww. kombinacji (przy założeniu jednorodnego stanu naprężeń w skale, jej izotropii, powolnemu i powierzchniowemu przykładaniu naprężenia bez doprowadzania do zniszczenia) charakteryzują się powiązaniem tensora naprężeń i odkształceń z układem sił działających na skałę. Gdy analizujemy zachowanie się kuli w 3 układach sił otrzymujemy elipsoidy naprężeń i odkształceń:
Porównać wygięcia otwierające i zamykające.
Wygięcia otwierające i zamykające występują na krawędziach uskoków przesuwczych:
W rejonie wygięć otwierających ma miejsce tensja - dochodzi do powstawania basenów międzyprzesuwczych:
W rejonie wygięć zamykających następuje kompresja kolidujących ze sobą skrzydeł uskoku - powstają struktury kontrakcyjne:
Jak można rozpoznać nasunięcia pozasekwencyjne?
Nasunięcia sekwencyjne - nasunięcia o podobnej wergencji powstające w tym samym kierunku. Wyróżnia się powstające kolejno w kierunku przedpola, oraz występujące kolejno w kierunku zagórza.
Nasunięcia pozasekwencyjne - wszystkie inne niż sekwencyjne. Wyróżnia się:
reaktywowane starsze nasunięcia sekwencyjne
młodsze nasunięcia zwykle tnące uformowane wcześniej struktury fałdowo-nasuwcze:
Kryteria rozróżnienia nasunięć sekwencyjnych i pozasekwencyjnych:
Sekwencyjne tną warstwy w górę profilu - nasuwają skały starsze na młodsze.
Sekwencyjne występujące w sfałdowanych warstwach tnie daną warstwę tylko raz.
Pozasekwencyjne tną warstwy w górę lub w dół profilu - nasuwają odpowiednio skały starsze na młodsze lub młodsze na starsze.
Pozasekwencyjne mogą ciąć daną warstwę w obu skrzydłach pojedynczego fałdu.
Kliważ spękaniowy
rodzaj spękania ciosowego odstępy między spękaniami wynoszą kilka - kilkanaście mm:
Jak widać na rysunku, prócz większej gęstości spękań kliważ różni się od ciosu również kierunkiem ruchu spękanych fragmentów skały (tor odpowiednio prostoliniowy, łukowy)
ZESTAW 29
Jak powstają spękania ciosowe?
Cios [jointing] - zbiór spękań seryjnych o pewnym uporządkowaniu geometrycznym, o odstępach co najmniej paru centymetrów.
Istnieje wiele hipotez powstawania spękań ciosowych ograniczymy się tutaj hipotezy grawitacyjno-odprężeniowej uznawanej za najwłaściwszą i opisującą sposób powstawania spękań ciosowych na terenach płytowych. Przebieg wydarzeń jest następujący:
Sedymentacja osadu, diageneza, pogrzebanie pod młodszymi osadami.
Przebywanie w polu palonaprężeń (litostatycznych, tektonicznych)
Epejrogeniczne dźwiganie w innej epoce geologicznej i związana z tym zmiana pola naprężeń w danej skale - odprężenie skały.
Sprężyste poszerzanie skał w wyniku ekstensji.
Po osiągnięciu krytycznej głębokości przekroczona jest wytrzymałość skały na rozciąganie -otwiera się pierwszy zespół spękań. W rezultacie najmniejsze naprężenie σ3 zostaje rozładowane, a pośrednie σ2 staje się najmniejszym. Dobra, czaję σ3 musi mieć najmniejszą wartość, ale jest ekstensyjne (ujemne) więc zapisywane jako trzecie (σ3), a nie pierwsze (σ3).
Przy dalszym dźwiganiu (odprężaniu) powstaje drugi zespół ekstensyjnych spękań prostopadły do pierwszego.
Gdy prócz ciśnienia litostatycznego w pdpkt. B pojawiają się również naprężenia tektoniczne powstaje cios ścięciowy na który może nałożyć się ortogonalny system z pdpkt. E-F.
Gdy w pdpkt. G niemożliwe jest ścinanie powstaje cios odciążeniowy.
Każde piętro strukturalne może mieć zupełnie inny cios (skały były poddane innym palonaprężeniom).
Dużą rolę w powstawaniu spękań może mieć ciśnienie porowe - pękanie hydrauliczne (pkt. 13)
Uzupełnieniem może być tutaj hipoteza diagenetyczno-kontrakcyjna mówiąca o tym, że źródłem tych spękań jest diagenzowana skała a także hipoteza sejsmiczna opierająca się na obserwacji regularnych układów spękań tworzących się w czasie trzęsień ziemi.
Ortogonalny (najpowszechniejszy) układa naprężeń powstaje również w wyniku równoczesnego rozciągania w 2. prostopadłych kierunkach - hipoteza skręceniowa.
Czym odznaczają się fałdy futerałowe?
Fałd futerałowy
jest fałdem zawiłym, wąskopromiennym, często zamkniętym i nierozwijalnym. Powstaje w wyniku swobodnego płynięcia plastycznych mas skalnych (często solnych), w stadium najwyższej plastyczności. Skała jest więc traktowana jak ciecz newtonowska ( w skrajnym przypadku z fałdu takiego może powstać kropla solna). Fałdy futerałowe są bardzo zmienne w planie, skrajnie dysharmoniczne w budowie, skrajnie odchylone od cylindryczności. Nie mają stałej organizacji kierunkowej nie wykazują również żadnych prawidłowości stylu. . Charakterystyczny na obszarach działania tektoniki solnej (halokinezy)
Wymień i krótko scharakteryzuj główne typy spękań:
Spękanie - powierzchnia nieciągłości mechanicznej wytworzona przez pęknięcie tj. przerwanie ciągłości skały bez makroskopowo widocznego przemieszczenia wzdłuż tej powierzchni. Wyróżnia się następujące typy spękań:
I - ekstensyjne - ruch względny poprzeczny do ścian spękania
II - ścięciowe - ruch ślizgowy prostopadły do krawędzi spękania
III - ścięciowe - ruch ślizgowy równoległy do krawędzi spękania
Ponadto ze względu na cechy mechaniczne wyróżniamy spękania:
ekstensyjne
ścięciowe
hybrydowe - sprzężone o kącie dwuściennym 2θ mniejszym bądź równym 600 , a w praktyce w przedziale 0 a 450.
Scharakteryzuj główne reżimy deformacji uskokowej.
Reżim deformacji uskokowej zależy od rodzaju skały, wielkości naprężeń tektonicznych, ciśnienia litostatycznego (nadkładu), temperatury, ciśnienia. Reżim ten więc jest zależny w dużym stopniu od głębokości. Można więc zaobserwować jego zmienność w przekroju głębokiego rozłamu (uskoku):
Reżim kruchy - powstaje u końca odkształcenia sprężystego skały gdy przekroczona zostaje wytrzymałość na ścinanie. Stan ośrodka jest kruchy zatem zniszczenie dokonuje się gwałtownie, wzdłuż jednego z 2. kierunków komplementarnych, który rozładowuje naprężenie. Kąt tarcia wewnętrznego jest zwykle duży stąd przebieg płaszczyzny uskoku zbliżony do płaszczyzny σ2σ3.
Produktami takiego uskoku są:
Grube kataklazyty, brekcje
Nierówna powierzchnia uskokowa
Częste uskoki schodowe
Strome (70-800) nachylenie płaszczyzny uskokowej.
Reżim podatny - tworzy się na dużych głębokościach (wysokie ciśnienie, temperatura) a ruch skrzydeł uskoku w tych warunkach jest bardzo powolny. Rozładowanie naprężeń dokonuje się przez stopniową koncentrację poślizgów w wąskie pasma - strefy ścinania.
Na skutek ścinania w tych warunkach powstają:
Obydwa kierunki komplementarne
Częste są ścięcia pochodne R i R'
Powstaje materiał drobnookruchowy : mylonity, drobnookruchowe brekcje