Zestaw 30

1. Jak powstają struktury typu końskiego ogona?

Amplituda uskoków przesuwczych maleje w stronę ich zakończenia dzięki deformacjom w skrzydłach uskoku. Zakończenie uskoków ma często postać pęku struktur kontrakcyjnych i ekstensyjnych o niewielkich rozmiarach, nachylonych pod kątem ok. 0 - 60° do linii uskoku głównego. Strukturami ekstensywnymi mogą być spękania, uskoki normalne, natomiast strukturami kontrakcyjnymi - uskoki inwersyjne. Struktury tego typu noszą nazwę struktur typu końskiego ogona (jednostronnych lub dwustronnych).

2. Omów regułę Pumpelly'ego

Drobne fałdy różnych typów, jeśli maja cechy struktur syn kinematycznych względem fałdu nadrzędnego, odznaczają się też przybliżoną zgodnością parametrów osiowych, co pozwala na stosowanie ich do orientacyjnej charakterystyki przestrzennej dużych struktur fałdowych.

Reguły tej nie można stosować do fałdów dalekich od cylindryczności (duży udział płynięcia). Przy dużym zróżnicowaniu lepkości ławic geometria ich wewnętrznych odkształceń może wykazywać znaczny rozrzut (np. refrakcja kliważu).

3. Co to jest relaksacja naprężeń?

relaksacja naprężeń - początkowo szybki, a potem powolny spadek, z upływem czasu, wartości naprężeń w górotworze, bez zmiany wartości odkształcenia; zjawisko związane z lepko-sprężystym zachowaniem materiału. Opisuje je równanie:

σ = σ0e-Et/η

σ - wartość naprężenia pozostała z pierwotnej wartości σ0 po upływie czasu t, e - podstawa logarytmu naturalnego, E - moduł Younga sprężyny, η - lepkość cieczy w tłumiku. Relaksacja ma wykładniczą zależność od upływu czasu. Wzór ten pozwala określić, jak długo będą się utrzymywać naprężenia tektoniczne w skale po działaniu wygasłych już sił. Czas potrzebny do zrelaksowania naprężeń do 1/e wartości początkowej, jest dany przez η/E. W przypadku skał okres ten może osiągać nawet 10 mln lat. Można też oszacować, jak długo mogą się zachować naprężenia po ustaniu działania wygasłych już sił - naprężenia szczątkowe.

4. Podaj przykłady fałdowania kulisowego

…

5. Czym zajmuje się tektonofraktografia?

Tektonofraktografia zajmuje się analizą drobnych struktur spękaniowych, a także ich związkami z układami naprężeń, które spowodowały ich powstanie.

------------------------------------------

Zestaw 31

1. Scharakteryzuj krzywą odkształcenia skał litych

Głównym źródłem wiedzy o prawach odkształcenia są badania doświadczalne. Podstawowe badanie, wykonywane w prasie hydraulicznej, zmierza do określenia zależności między naprężeniem a odkształceniem. W przypadku skał zachowania są drastycznie różne. Podobny jest zazwyczaj pierwszy, mniej więcej prostoliniowy odcinek krzywej - po zdjęciu obciążenia odkształcenie cofa się - jest to faza odkształceń sprężystych. W niektórych skałach całe odkształcenie stanowi ten właśnie odcinek - przed pojawieniem się odkształceń innego rodzaju pojawia się zniszczenie. W innych skałach krzywa załamuje się po osiągnięciu punktu ustąpienia: albo opada do niedalekiego punktu zniszczenia (stan kruchy) albo wznosi się jeszcze (stan podatny). Odkształcenia po przekroczeniu punktu ustąpienia to odkształcenia plastyczne - są nieodwracalne. Zazwyczaj łączny rozmiar odkształceń nie przekracza kilku procent - jest to miara możliwych odkształceń ciągłych, czyli podatność, która stanowi podstawę do wyróżnienia zachowań kruchych, półkruchych i podatnych. W normalnych warunkach niemal wszystkie skały cechuje zachowanie kruche lub półkruche na jednoosiowe ściskanie, natomiast na rozciąganie - prawie zawsze kruche.

2. Zdefiniuj pojęcia transpresji i transtensji

• transpresja - ruch przesuwczo - zbieżny; na odcinkach, gdzie występują nierówności powierzchni uskokowej występuję wzajemne zbliżanie się skrzydeł uskoku, a gdy dojdzie do kontaktu - powstanie struktur kontrakcyjnych. W rezultacie powstają wypiętrzenia międzyprzesuwcze, struktury palmowe (pozytywne), dupleksy transpresyjne;

• transtensja - ruch przesuwczo - rozbieżny; na odcinkach, gdzie występują nierówności powierzchni uskokowej występuję wzajemne oddalanie się skrzydeł uskoku, powstają struktury ekstensyjne: spękania ekstensyjne, uskoki normalne, zapadliska międzyprzesuwcze, dupleksy transtensyjne;

3. Jak powstały płaszczowiny Karpat zewnętrznych?

Powstanie płaszczowin Karpat zewnętrznych tłumaczy się kolizją bloku Adria, należącego do płyty afrykańskiej z kontynentem europejskim na przełomie oligocen/miocen. Zachodnia jego część - Blok Pólnocnopanoński spowodował wypiętrzenie Alp. Wschodni blok, którego częścią jest Alkapa, powodował ruch przeciwny do ruchu wskazówek zegara i sfałdowanie Karpat północnych. Część wschodniego fragmentu - blok Tisia-Dacia powodował ruch zgodny z ruchem wskazówek zegara i sfałdowanie Karpat południowo-wschodnich. Ruch bloku Adria powodował odkłucia utworów osadowych na przedpolu i ich intensywne fałdowanie. Obszarem źródłowym dla utworów Karpat fliszowych jest Kotlina Panońska.

4. Przedstaw podział spękań ze względu na cechy mechaniczne

Odpowiednio do rodzaju powierzchni spękań wyróżnia się:

• spękania ekstensyjne

• spękania ścięciowe

• spękania hybrydowe - kąt 2θ≤60°, lecz generalnie kąt 2θ zawiera się między 0 a 45°

5. Przedstaw klasyfikację strukturalną fałdów według Ramsay'a

• klasa I - grupa fałdów, w których krzywizna ławic maleje na zewnątrz od skrętów:

• klasa IA - fałdy cieniejące (zmniejszenie miąższości w przegubach)

• klasa IB - fałdy równoległe - fałdy koncentryczne

• klasa IC - fałdy grubiejące, spłaszczone (przyrost miąższości w przegubach)

• klasa II - fałdy symilarne

• klasa III - fałdy o krzywiźnie malejącej ku wnętrzu skrętów (fałdy wysmuklone)

Do opracowania powyższej klasyfikacji posłużono się izogonami - proste łączące punkty na dwu powierzchniach sfałdowanej warstwy, odznaczające się jednakowym upadem, wykreślone w równych odległościach kątowych.

------------------------------------------

Zestaw 32

1. Zdefiniuj pojęcia kompetencji i niekompetencji warstw. Podaj przykłady

kompetencja tektoniczna - zdolność skały do przenoszenia nacisków tektonicznych bez ulegania deformacjom ciągłym. Zatem warstwy kompetentne to warstwy sztywne, niepodatne na odkształcenia, np. wapienie, piaskowce, zaś warstwy niekompetentne to warstwy podatne, plastyczne, np. piaski, muły, iły, łupki.

2. Co to jest „tektonika ucieczkowa”? Podaj stosowne przykłady

Skutkiem konwergencji jest wbijanie się jednego kontynentu w brzeg drugiego (jak kliny). Wywołuje to efekty obserwowane na kratonicznym przedpolu w dużej odległości od miejsca kolizji oraz w samym miejscu kolizji. Polega to na ortoklinalnym wygięciu orogenu, rozsuwaniu na boki bloków skorupowych po obu stronach klina - bloki jakby „uciekają” od miejsca najsilniejszej kolizji. Najbardziej widocznym przykładem tektoniki ucieczkowej jest kolizja Indii z Azją i powstanie pasma Karakorum, wgniecenie przez półwysep adriatycko-apulijski brzegu Europy i rozepchnięcie na boki sąsiednich bloków - powstanie łuków Alp Zachodnich i Karpat, a także podobne oddziaływanie północnego występu płyty arabskiej, powodujące ruch bloku anatolijskiego ku W i irańskiego ku E.

3. Scharakteryzuj dupleksy przesuwcze

Dupleksy przesuwcze powstają w wyniku uskokowania przesuwczego, w głównym odcinku przemieszczenia, w miejscu występowania wygięć otwierających (dupleksy transtensyjne) lub zamykających (dupleksy transpresyjne), tworząc struktury pozytywne (palmowe) i negatywne (tulipanowe). Dupleksy transpresyjne powstają na drodze transpresji, czyli poślizgu przesuwczego połączonego z kompresją, czasem także połączonej z ruchem zrzutowym. Dupleksy transtensyjne powstają na drodze czystego poślizgu przesuwczego. Powstawanie struktur kwiatowych przedstawia rysunek poniżej:

4. Jak powstają struktury pierzaste na powierzchniach spękań?

struktura pierzasta - jest formowana w trakcie jednego epizodu tektonicznego, ale może być także formowane podczas kilku epizodów - struktury pierzaste mają wtedy różną orientację, a gdy poszczególne epizody następowały kolejno po sobie, lecz ich orientacja była podobna, wówczas mogą powstawać sekwencje struktur pierzastych. Relief pierzasty powstaje dla ścięć typu I. Środkiem struktury pierzastej zazwyczaj biegnie szew, wzdłuż którego odbywała się propagacja naprężeń. Spękania są wygięte zgodnie z kierunkiem propagacji naprężeń. Wśród struktur pierzastych wyróżnia się strukturę miotlastą, która przypomina w planie zarys miotły:

5. Scharakteryzuj główne typy interferencji fałdów

…

------------------------------------------

Zestaw 33

1. Wyjaśnij mechanizm pękania hydraulicznego

Secor wyszedł od uogólnionej krzywej zniszczenia skał:

σ_1max = 3R

R - wytrzymałość skały na rozciąganie. Gdy σ_1max jest pionowe, równanie przyjmuje postać:

σlitmax = γ*g*dmax = 3R

γ - gęstość, g - stała grawitacyjna, dmax - największa głębokość, na jakiej powstają spękania ekstensywne. By uwzględnić rolę ciśnienia porowego p wprowadza się współczynnik λ:

czynne naprężenie litostatyczne σlitef jest mniejsze od σlit o wartość p:

σlitef = σlit - p = γgd(1-λ)

Wnioski są takie, że już przy normalnej wartości ciśnienia hydrostatycznego pogłębia zasięg spękań w widoczny sposób. Gdy stosunek ciśnienia porowego do wartości naprężenia litostatycznego jest wyższy niż 0,8 (co pospolicie obserwuje się w głębokich otworach), wgłębny zasięg takich spękań wzrasta do ponad 8 km. Powolny napływ fluidów do spękań kontroluje ich rozszerzanie się - wysoka przepuszczalność sprzyja powstawaniu nielicznych , długich spękań, zaś słabo przepuszczalna - licznych i krótkich. Powolny napływ mediów pobudza pękanie ścięciowe, szybki: pękanie ekstensywne. Orientacja spękań nie zależy od obecności fluidów.

Powiązanie czynników: odprężeniowego i hydrotektonicznego rodzi pewien problem: dźwiganie i odprężanie sprzyja descenzji fluidów i spadkowi ciśnienia - pękanie hydrauliczne powinno więc towarzyszyć subsydencji i rzeczywiście tak jest, ale odnosi się to do żył powstających w trakcie sedymentacji i diagenezy, w osadzie nie w pełni zlityfikowanym. Wyróżnia się tu tzw. cios hydrauliczny, powstający w procesie subsydencji - kompakcji - odwodnienia pod nadkładem o miąższości 5 km. Dodatkowym czynnikiem powodującym wzrost ciśnienia miałby być przyrost temperatury z pogrążaniem, niektórzy autorzy twierdzą, że także wpływ ma ekstensja dna przy subsydencji. W przypadku osadów zawierających substancję węglistą dodatkowym czynnikiem podczas subsydencji miałyby być generujące się gazy.

2. Jak układają się kierunki lineacji stylolitowej?

lineacja stylolitowa - powstaje pod wpływem rozpuszczania pod ciśnieniem - materiał sprężysty poddany działaniu jakiegoś rozpuszczalnika w polu naprężenia ściskającego łatwiej rozpuszcza się w miejscach, gdzie to naprężenie jest największe, a rozpuszczona substancja przenosi się do miejsc, gdzie jest ono najmniejsze. W miejscach zwiększonego ściskania zachodzi wgłębianie jednego ziarna lub fragmentu powierzchni w drugie, co rodzi podobny proces w sąsiedztwie, ale skierowany przeciwnie. W ten sposób może się ukształtować wewnątrz skały dziobata powierzchnia zwana szwem stylolitowym.

Lineacja stylolitowa jest ważnym wskaźnikiem tektogenicznym, gdyż wskazuje na kierunek największych naprężeń normalnych (stylolity są równoległe do osi naprężenia σ₁), panujących podczas powstawania stylolitów w danym ośrodku. Kierunek lineacji jest zazwyczaj dwojaki: prostopadły do uławicenia - wówczas czynnikiem stylolityzacji był nacisk nadkładu; połogi lub ukośny - czynnikiem stylolityzacji były naprężenia tektoniczne (stylolity tektoniczne).

3. Jak powstały płaszczowiny Karpat zewnętrznych?

Płaszczowiny: Magurska, Śląska, Podśląska, Skolska, Podmagurska, Stebnicka

Powstanie płaszczowin Karpat zewnętrznych tłumaczy się kolizją bloku Adria, należącego do płyty afrykańskiej z kontynentem europejskim na przełomie oligocen/miocen. Zachodnia jego część - Blok Pólnocnopanoński spowodował wypiętrzenie Alp. Wschodni blok, którego częścią jest Alkapa, powodował ruch przeciwny do ruchu wskazówek zegara i sfałdowanie Karpat północnych. Część wschodniego fragmentu - blok Tisia-Dacia powodował ruch zgodny z ruchem wskazówek zegara i sfałdowanie Karpat południowo-wschodnich. Ruch bloku Adria powodował odkłucia utworów osadowych na przedpolu i ich intensywne fałdowanie. Obszarem źródłowym dla utworów Karpat fliszowych jest Kotlina Panońska.

4. Jak powstaje struktura tulipanowa?

Struktura tulipanowa (negatywna) powstaje w wyniku czystego poślizgu przesuwczego. Składa się z szeregu uskoków wklęsłych ku górze. Uskoki normalne listryczne łączą się w jedną powierzchnię w miarę wzrostu głębokości, co wynika z propagacji naprężeń. Struktury tulipanowe powstają w miejscach nierówności powierzchni uskokowej uskoku przesuwczego. W wyniku powstania wygięć otwierających skały w ich obrębie podlegają odprężeniom poziomym, które powodują powstawanie uskoków normalnych.

5. Zdefiniuj pojęcia wergencji i klinencji fałdów

• wergencja - kierunek pochylenia i asymetrii fałdów. Miara jest kąt wergencji, mierzony od pionu do powierzchni osiowej. Jeżeli bardziej strome skrzydło antykliny zapada ku np. E: wergencja E, jeżeli skrzydło synkliny zapadające ku E jest bardziej strome, to wergencja jest na W . Jednolita wergencja dużych fałdów na znacznym obszarze informuje o regionalnym kierunku transportu tektonicznego (np. wergencja w Karpatach Zewnętrznych jest północna). Komplikacje powstają przy fałdach nałożonych;

• klinencja - kierunek odchylenia płaszczyzn środkowych fałdów od prostopadłości do ich obwiedni. Miarą jest kąt klinencji. Parametr ten ma znaczenie przy określaniu stosunku struktur drobniejszych do struktury nadrzędnej,

------------------------------------------

Zestaw 34

1. Wyjaśnij mechanizm pękania hydraulicznego

Secor wyszedł od uogólnionej krzywej zniszczenia skał:

σ_1max = 3R

R - wytrzymałość skały na rozciąganie. Gdy σ1max jest pionowe, równanie przyjmuje postać:

σlitmax = γ*g*dmax = 3R

γ - gęstość, g - stała grawitacyjna, dmax - największa głębokość, na jakiej powstają spękania ekstensywne. By uwzględnić rolę ciśnienia porowego p wprowadza się współczynnik λ:

czynne naprężenie litostatyczne σlitef jest mniejsze od σlit o wartość p:

σlitef = σlit - p = γgd(1-λ)

Wnioski są takie, że już przy normalnej wartości ciśnienia hydrostatycznego pogłębia zasięg spękań w widoczny sposób. Gdy stosunek ciśnienia porowego do wartości naprężenia litostatycznego jest wyższy niż 0,8 (co pospolicie obserwuje się w głębokich otworach), wgłębny zasięg takich spękań wzrasta do ponad 8 km. Powolny napływ fluidów do spękań kontroluje ich rozszerzanie się - wysoka przepuszczalność sprzyja powstawaniu nielicznych , długich spękań, zaś słabo przepuszczalna - licznych i krótkich. Powolny napływ mediów pobudza pękanie ścięciowe, szybki: pękanie ekstensywne. Orientacja spękań nie zależy od obecności fluidów.

Powiązanie czynników: odprężeniowego i hydrotektonicznego rodzi pewien problem: dźwiganie i odprężanie sprzyja descenzji fluidów i spadkowi ciśnienia - pękanie hydrauliczne powinno więc towarzyszyć subsydencji i rzeczywiście tak jest, ale odnosi się to do żył powstających w trakcie sedymentacji i diagenezy, w osadzie nie w pełni zlityfikowanym. Wyróżnia się tu tzw. cios hydrauliczny, powstający w procesie subsydencji - kompakcji - odwodnienia pod nadkładem o miąższości 5 km. Dodatkowym czynnikiem powodującym wzrost ciśnienia miałby być przyrost temperatury z pogrążaniem, niektórzy autorzy twierdzą, że także wpływ ma ekstensja dna przy subsydencji. W przypadku osadów zawierających substancję węglistą dodatkowym czynnikiem podczas subsydencji miałyby być generujące się gazy.

2. Jak układają się kierunki lineacji stylolitowej?

lineacja stylolitowa - powstaje pod wpływem rozpuszczania pod ciśnieniem - materiał sprężysty poddany działaniu jakiegoś rozpuszczalnika w polu naprężenia ściskającego łatwiej rozpuszcza się w miejscach, gdzie to naprężenie jest największe, a rozpuszczona substancja przenosi się do miejsc, gdzie jest ono najmniejsze. W miejscach zwiększonego ściskania zachodzi wgłębianie jednego ziarna lub fragmentu powierzchni w drugie, co rodzi podobny proces w sąsiedztwie, ale skierowany przeciwnie. W ten sposób może się ukształtować wewnątrz skały dziobata powierzchnia zwana szwem stylolitowym.

Lineacja stylolitowa jest ważnym wskaźnikiem tektogenicznym, gdyż wskazuje na kierunek największych naprężeń normalnych (stylolity są równoległe do osi naprężenia σ₁), panujących podczas powstawania stylolitów w danym ośrodku. Kierunek lineacji jest zazwyczaj dwojaki: prostopadły do uławicenia - wówczas czynnikiem stylolityzacji był nacisk nadkładu; połogi lub ukośny - czynnikiem stylolityzacji były naprężenia tektoniczne (stylolity tektoniczne).

3. Wymień płaszczowiny Karpat Zewnętrznych?

Płaszczowiny: Magurska, Śląska, Podśląska, Skolska, Podmagurska, Stebnicka

Powstanie płaszczowin Karpat zewnętrznych tłumaczy się kolizją bloku Adria, należącego do płyty afrykańskiej z kontynentem europejskim na przełomie oligocen/miocen. Zachodnia jego część - Blok Pólnocnopanoński spowodował wypiętrzenie Alp. Wschodni blok, którego częścią jest Alkapa, powodował ruch przeciwny do ruchu wskazówek zegara i sfałdowanie Karpat północnych. Część wschodniego fragmentu - blok Tisia-Dacia powodował ruch zgodny z ruchem wskazówek zegara i sfałdowanie Karpat południowo-wschodnich. Ruch bloku Adria powodował odkłucia utworów osadowych na przedpolu i ich intensywne fałdowanie. Obszarem źródłowym dla utworów Karpat fliszowych jest Kotlina Panońska.

4. Jak powstaje struktura tulipanowa?

Struktura tulipanowa (negatywna) powstaje w wyniku czystego poślizgu przesuwczego. Składa się z szeregu uskoków wklęsłych ku górze. Uskoki normalne listryczne łączą się w jedną powierzchnię w miarę wzrostu głębokości, co wynika z propagacji naprężeń. Struktury tulipanowe powstają w miejscach nierówności powierzchni uskokowej uskoku przesuwczego. W wyniku powstania wygięć otwierających skały w ich obrębie podlegają odprężeniom poziomym, które powodują powstawanie uskoków normalnych.

5. Zdefiniuj pojęcia wergencji i klinencji fałdów

• wergencja - kierunek pochylenia i asymetrii fałdów. Miara jest kąt wergencji, mierzony od pionu do powierzchni osiowej. Jeżeli bardziej strome skrzydło antykliny zapada ku np. E: wergencja E, jeżeli skrzydło synkliny zapadające ku E jest bardziej strome, to wergencja jest na W . Jednolita wergencja dużych fałdów na znacznym obszarze informuje o regionalnym kierunku transportu tektonicznego (np. wergencja w Karpatach Zewnętrznych jest północna). Komplikacje powstają przy fałdach nałożonych;

• klinencja - kierunek odchylenia płaszczyzn środkowych fałdów od prostopadłości do ich obwiedni. Miarą jest kąt klinencji. Parametr ten ma znaczenie przy określaniu stosunku struktur drobniejszych do struktury nadrzędnej,

------------------------------------------

Zestaw 35

1. Od czego zależy wartość kąta ścinania?

kąt ścinania - kąt θ między osią σ1 a powierzchniami ścięć, mający dla danej skały mniej więcej stałą wartość. Dla skał podatnych kąt ten jest większy niż dla niepodatnych, a dla skał kruchych następuje pękanie ekstensywne. Przeciętnie w skałach litych kąt ten ma ok. 30°. Wpływ na wahania kąta ścinania ma anizotropowość mechaniczna masywu skalnego - wpływ jest największy, gdy kąt β między osią σ1 a powierzchniami anizotropii wynosi 15 - 45° - jeden z zespołów ścięć rozwija się wzdłuż powierzchni osłabionych, drugi rozwija się pod zwiększonym kątem lub nie wykształca się wcale. Gdy β zawiera się w granicach 0 - 15° lub 45 - 60°, wykorzystanie powierzchni anizotropowych przy ścięciu zachodzi tylko w niektórych stanach naprężeń. Gdy anizotropia jest gorzej wyrażona, następuje tylko pewna zmiana kąta ścinania, a wykorzystanie powierzchni osłabienia zachodzi w przypadkach, gdy kąt β jest zbliżony do kąta θ. Wpływ anizotropii jest znacznie większy w przypadku rozciągania.

2. Podaj przykłady fałdowania kulisowego

…

3. Omów hipotezę grawitacyjno-odprężeniową powstawania ciosu

Hipoteza grawitacyjno-odprężeniowa - powstawanie spękań w związku z odprężaniem górotworu zaobserwowano już dawno. Głównymi założeniami tej hipotezy to:

• stan naprężeń przejawiający się powstawaniem spękań ciosowych reprezentuje naprężenia szczątkowe w górotworze, które mogły przetrwać nawet miliony lat. Założenie spękań może być wcześniejsze niż samo ich otwarcie. Proces powstawania spękań to proces ciosotwórczy;

• główną przyczyną spękania skał jest ich ciężar skał spękanych i ciężar nadkładu. Sprężenie następuje w kierunku pionowym, w tym też kierunku następuje odprężanie np. wskutek usunięcia nadkładu. Cios ławicowy pojawia się w skałach pozbawionych połogich powierzchni osłabienia. Pozioma orientacja składowych pola naprężeń grawitacyjnych, jeśli nie zostanie zaburzona przez późniejsze zjawiska tektoniczne, to przesądza ona o pionowej orientacji powierzchni ciosowych;

• możliwość poziomego odprężania zapewnia epejrogeniczne dźwiganie, któremu prędzej czy później ulega prawie każdy element kontynentu. Należy uwzględnić wpływ spadku obciążenia pionowego.

• skały wydźwignięte z pewnej głębokości do powierzchni mają możność sprężystego poszerzania się pod wpływem działania pokaźnych naprężeń ekstensyjnych. Skały są zdolne do przechowywania naprężeń szczątkowych i po wydźwignięciu następuje odśrodkowe poszerzanie się skał. Tłumaczy to regularność powstających spękań. Każda ławica jest oddzielona od pozostałych powierzchniami osłabienia, dlatego w każdej ławicy może powstać odrębny cios.

• w miarę wynurzania skał na powierzchnię obserwuje się stopniową relaksacje naprężeń, jednak jej tempo w porównaniu z ruchem wynoszącym jest niewielkie. Gdy skała ma niewielką wytrzymałość na rozciąganie, otwarcie spękań ekstensyjnych może nastąpić przed wynurzeniem się skały na powierzchnię.

• na poziomie „startowym” naprężenia poziome kształtowane pod wpływem ciężaru nadkładu powinny mieć mniej więcej równe wartości. W obrębie platform występują naprężenia, które po zsumowaniu z naprężeniami statycznymi dają zróżnicowanie pola naprężeń w płaszczyźnie poziomej. Łatwość odprężania w różnych kierunkach jest zróżnicowana dzięki temu, że elementy litosfery nie są izometrycznymi bryłami. Po osiągnięciu stanu krytycznego na danej głębokości otwiera się pierwszy zespół spękań. W tym czasie naprężenie ekstensyjne staje się naprężeniem pośrednim, rolę naprężenia ekstensyjnego przejmuje naprężenie pośrednie. W dalszym etapie mogą otwierać się kolejne zespoły ciosu;

• Gdy skały początkowo były poddane naprężeniom statycznym i dodatkowo dynamicznym, obciążenie pionowe ma wartość najmniejszą σ3. W miarę wynurzania naprężenie σ2 może przejść w ekstensyjne naprężenie σ3. Naprężenie pionowe staje się pośrednie. Umożliwia to powstanie ciosu ostrokątnie sprzężonego. Powstanie ciosu ścięciowego powoduje rozładowanie σ1 i obciążenie pionowe znów może stać się największe. Gdy proces epejrogenezy trwa dalej, system ostrokątny może zostać przecięty przez system prostokątny. Taki przypadek jest często spotykany w obszarach fałdowych. Jeśli warunki tektoniczne nie umożliwiają ścinania, następstwem kompresji jest powstanie ciosu ortogonalnego, przy czym jako pierwszy wykształca się zespół spękań prostopadłych do osi naprężeń (cios odciążeniowy).

Z teorii tej wynikają następujące wnioski:

• ewolucyjny proces ciosotwórczy wskazuje, że należy spodziewać się istnienia sytuacji pośrednich między skałą spękaną i niespękaną i rzeczywiście tak jest (istnienie anizotropii wytrzymałościowej, stosunki między ciosem a stylolitami);

• skoro warunkiem powstawania ciosu jest możliwość odprężania w poziomie, to orientacja ciosu wskazuje na kierunki najłatwiejszego odprężania. Dotyczy to spękań ciosowych, powstałych w warunkach naprężeń poziomych σ2≈σ3. W takim wypadku cios może wskazywać na wgłębne struktury;

• spękania ciosowe ekstensyjne i kompresyjne odzwierciedlają naprężenia z etapu jego założenia;

• na gęstość spękań może mieć wpływ morfologia - dlatego najlepszym miejscem do badania ciosu są kamieniołomy, kopalnie podziemne, płytkie wyrobiska;

• ilość spękań jest zależna od głębokości, ale w poszczególnych piętrach strukturalnych może występować rożna gęstość spękań;

• nie należy mówić o wieku spękań ciosowych a jedynie o wieku konkretnego etapu ciosotwórczego;

Koncepcją odprężeniową trudno uzasadnić powstawanie ortogonalnego ciosu w powierzchniowych, słabo zdiagenezowanych osadach. Zagadkowy jest też związek struktury ekstensyjnej z kompresyjną (np. stylolity i spękania), a także stosunek spękań systematycznych i niesystematycznych. Systematyczne spękania mogą występować do 12 km w głąb.

4. Jak powstają struktury mulionowe?

Są to półkolumnowe, obłe żebra na powierzchniach warstw osadowych lub metamorficznych, rozdzielone wąskimi zagłębieniami, wzdłuż których biegną wychodnie powierzchni kliważu. Powstają w sytuacji, gdy warstwa bardziej podatna znajduje się między dwoma przesuwającymi się sztywnymi ławicami. Następuje rozrywanie w poprzek warstwy podatnej, a wskutek dalszego ruchu zaokrąglanie pofragmentowanej warstwy. Mogą też powstać na drodze intensywnego, drobnoskalowego fałdowania w obrębie jednej warstwy. W niektórych przypadkach stanowią zaczątek budinażu w fałdach ze zginania.

3. Jak powstały płaszczowiny Karpat zewnętrznych?

Płaszczowiny: Magurska, Śląska, Podśląska, Skolska, Podmagurska, Stebnicka

Powstanie płaszczowin Karpat zewnętrznych tłumaczy się kolizją bloku Adria, należącego do płyty afrykańskiej z kontynentem europejskim na przełomie oligocen/miocen. Zachodnia jego część - Blok Pólnocnopanoński spowodował wypiętrzenie Alp. Wschodni blok, którego częścią jest Alkapa, powodował ruch przeciwny do ruchu wskazówek zegara i sfałdowanie Karpat północnych. Część wschodniego fragmentu - blok Tisia-Dacia powodował ruch zgodny z ruchem wskazówek zegara i sfałdowanie Karpat południowo-wschodnich. Ruch bloku Adria powodował odkłucia utworów osadowych na przedpolu i ich intensywne fałdowanie. Obszarem źródłowym dla utworów Karpat fliszowych jest Kotlina Panońska.

------------------------------------------

Zestaw 36

1. Podaj charakterystykę ciała Kelvina

Ciało Kelvina to złożony model reologiczny. Składa się z równolegle połączonych ciał Hooke'a (doskonale sprężystego) oraz ciała Newtona (doskonale lepkiego). Rozciąganie sprężyny jest hamowane przez lepkość cieczy w tłumiku - opóźnienie sprężyste - ponieważ zaś odkształcenie elementu H ma wartość skończoną, całkowite odkształcenie modelu też zmierza do pewnej wartości granicznej. Reakcją na odciążenie jest cofnięcie się odkształcenia, również opóźnione w czasie. Przebieg odkształcenia ciała Kelvina odpowiada płynięciu sprężystemu - z upływem czasu następuje logarytmiczny spadek przyrostu odkształcenia.

2. Jak zdefiniujesz fleksurę? Podaj charakterystykę jej głównych parametrów

fleksura - rodzaj struktury ciągłej; schodkowate ugięcie warstw, złożone z dwóch równoległych, najczęściej poziomych odcinków (skrzydła fleksury), które są połączone skłonem fleksurowym - krótszym, zwykle ścienionym odcinkiem o odmiennym położeniu. Genetycznie jednak fleksury wiążą się z uskokami i mogą być one traktowane jak uskoki, wzdłuż których nie doszło do przerwania ciągłości. Fleksury często współwystępują z uskokami w strefach fleksurowo - uskokowych. Czasem, oprócz uskoków równoległych do skłonu flek surowego, rozwijają się uskoki i pęknięcia skośne. Do określania parametrów fleksury stosuje się terminy uskokowe z przymiotnikiem „fleksurowy”: zrzut fleksurowy warstwy itp. Oprócz tego istotne są: przesuw całkowity - rzeczywiste przemieszczenie skrzydeł fleksury, mierzone wzdłuż skłonu fleksurowego; przesuw biegowy - składowa przemieszczenia rzeczywistego, równoległa do linii biegu skłonu fleksurowego; przesuw upadowy - składowa przemieszczenia rzeczywistego, równoległa do linii upadu fleksurowego; szerokość fleksury - szerokość strefy dotkniętej odkształceniami ciągłymi, mierzona w rzucie prostopadłym na płaszczyznę równoległą do pośredniego położenia skrzydeł fleksury.

3. Czym odznaczają się dupleksy o pasywnym stropie?

Dupleksy o pasywnym stropie (passive-roof duplexes) często występują w części osiowej strefy trójkątnej. Nadkład tworzącego się dupleksu nie jest wraz z nim transportowany nasuwczo, ponieważ nadkład ten jest nadal częścią przedpola orogenu. Frontalna część powierzchni stropowego odkłucia dupleksu uzyskuje wsteczny zwrot poślizgu przesuwczego i staje się nasunięciem frontalnym wstecznym. Powierzchnia ta biernie unosi się wraz z nadkładem wraz z upływem czasu i „rośnięciem” dupleksu wzwyż. Schemat rozwoju o pasywnym stropie przedstawia rysunek poniżej:

4. Jak można odtworzyć układ naprężeń na podstawie rodzaju struktury spękaniowej?

Na podstawie analizy wzajemnych stosunków geometrycznych poszczególnych zespołów ciosowych można odtworzyć układ naprężeń, które spowodowały powstanie określonego systemu:

• ortogonalny (prostokątny) - kąt pomiędzy zespołami ciosu wynosi 90°. Poszczególne zespoły powstają głównie na obszarach platformowych na obszarach platformowych;

• romboidalny (diagonalny, ostrokątny) - występuje rzadziej niż ortogonalny. kąt między zespołami spękań jest różny od 90°. Dawniej ten system był uważany za spękania ścięciowe;

• koncentryczny - występuje głównie w miejscach, gdzie pod powierzchnią dźwigają się wysady solne lub intruzywne ciała magmowe:

• radialny - czasem współwystępuje z ciosem koncentrycznym. Spękania ciosowe rozchodzą się promieniście od centrum wysadu solnego lub intruzji magmowej;

• kulisowy - sugeruje często udział składowej przesuwczej w jego powstaniu:

• pierzasty - występuje w strefie uskokowej:

Generalnie struktury spękaniowe są następstwem działania naprężeń ekstensyjnych, gdzie oś σ₃ jest prostopadła do jednego z zespołów (np. w systemie ortogonalnym). Czasem można obserwować spękania, które mają założenia ścięciowe. Otwieranie spękań, których powierzchnia jest pokryta wyrazistym reliefem, zachodziło w warunkach nie najbardziej kruchych. Część zespołów ciosowych powstawała w wyniku transformacji osi naprężeń, wskutek czego systemy mogą nakładać się na siebie. Można też próbować odtworzyć układ naprężeń na podstawie morfologii spękań:

• struktura pierzasta - jest formowana w trakcie jednego epizodu tektonicznego, ale może być także formowane podczas kilku epizodów - struktury pierzaste mają wtedy różną orientację, a gdy poszczególne epizody następowały kolejno po sobie, lecz ich orientacja była podobna, wówczas mogą powstawać sekwencje struktur pierzastych. Relief pierzasty powstaje dla ścięć typu I. Środkiem struktury pierzastej zazwyczaj biegnie szew, wzdłuż którego odbywała się propagacja naprężeń. Spękania są wygięte zgodnie z kierunkiem propagacji naprężeń. Wśród struktur pierzastych wyróżnia się strukturę miotlastą, która przypomina w planie zarys miotły:

• struktura koncentryczna - koncentryczne wybrzuszenia na powierzchni spękania. Wypukłe fragmenty przypominają muszle. Wygięte są one w kierunku propagacji naprężeń:

• struktura rąbkowa - występuje zwykle na zakończeniach spękań pierzastych:

• struktura radialna - często powstająca w konkrecjach. Składa się z drobnych lineamentów rozchodzących się promieniście od centrum. Płaszczyzna, w której powstaje struktura radialna, jest prostopadła do osi największego odprężania:

• żebra tektoniczne - powstają najczęściej w wyniku ruchu przesuwczego wzdłuż istniejącej wcześniej powierzchni nieciągłości. Inicjalną formą, z której czasami mogą powstawać żebra tektoniczne, są spękania rąbkowe:

5. Przedstaw główne mechanizmy fałdotwórcze

zginanie - obrazuje je model ciała Kelvina (odkształcenie sprężysto-lepkie). Odkształcenie sprężysto-lepkie ma skończoną wartość i w porównaniu z plastycznym płynięciem zwykle niewielką. Z tego wynika, że przemieszczenie w ławicach nie może być znaczne, a ławice zachowują mniej więcej stałą miąższość. Typową struktura są fałdy koncentryczne (przy zróżnicowanej litologii) lub symilarne (monotonna litologia, gęste uławicenie), gdzie zmiany miąższości występują tylko w przegubach. Gdy struktura symilarna rozwija się w fałdach zębatych, w ławicach grubszych i mniej podatnych, nabrzmienia przegubów nie mogą dokonać się przez wzrost miąższości ławic - obserwuje się przestrzenie między ławicami, tzw. odspojenia przegubowe, wypełnione przez materiał podatny lub żyły siodłowe o znaczeniu złożowym.

Ograniczona wielkość płynięcia sprężystego, oprócz powstawania odspojeń przegubowych, może prowadzić do zniszczenia skały, gdy siły fałdujące działają po przekroczeniu wartości maksymalnej płynięcia sprężystego, a warunki fałdowania uniemożliwiają przejście do płynięcia plastycznego. Najczęściej dochodzi do powstania uskoków wzdłuż jednego lub kilku pęknięć w strefie osiowej, które tworzą fałdy harmonijkowe. Gdy nacisk fałdujący trwa dalej, dochodzi do powstania łusek i nasunięć. Pod znacznym nadkładem taki proces prowadzi do powstania uskoków o różnym układzie przestrzennym. Ich rodzaj zależy od stanu naprężeń, na który składają się naprężenia fałdujące i ich pochodne. Naprężenia te są inne w skrętach fałdowych niż w płaskich skrzydłach, czego najlepszym przykładem jest powstawanie uskoków i rowów epiantyklinalnych. Układ nieciągłości zależy od tego, czy są to siły pionowe czy poziome. Gdy σ₁ jest pionowe, a σ₂ równoległe do osi fałdu, powstają podłużne uskoki zrzutowe. Gdy σ₁ jest pionowe, a σ₃ równoległe do osi fałdu, powstają poprzeczne uskoki zrzutowo-przesuwcze i przesuwcze.

Kopuły, niecki, perykliny i centrykliny podczas kształtowania się tworzą wachlarzowo-koncentryczne lub radialno-koncentryczne pole naprężeń. Dlatego często spotykane są uskoki normalne poprzeczne, antytetyczne, związane z rozciąganiem wzdłuż osi fałdu.

Poślizg warstw po sobie podczas fałdowania ze zginania to tzw. posuw fałdowy. Bardziej zewnętrzna ławica skrętu fałdowego ślizga się względem bardziej wewnętrznej w stronę przegubu, zmierzając doń najkrótszą drogą. Wielkość posuwu fałdowego (V) zależy od miąższości ławicy (d) oraz jej upadu (γ):

V = γd π

Przy zginaniu czysto sprężystym wzór ma postać: V = dtgγ. Posuw fałdowy prowadzi do częściowego rozładowania energii zginania - wewnętrzne odkształcenia zginanej ławicy są tym mniejsze, im większa łatwość posuwu, która tez zależy od gęstości powierzchni poślizgu. Dlatego serie cienko ławicowe są o wiele intensywniej sfałdowane niż grube ławice, które częściej wykazują deformację skamieniałości i kruche zniszczenie.

Gdy posuw fałdowy jest rozproszony wzdłuż makroskopowo niewidocznych powierzchni poślizgu, mówi się o płynięciu odzgięciowym. Miarą tego procesu jest kąt ψ, o jaki obiekty pierwotnie prostopadłe do ławic zostały przekręcone:

tgψ = γ π /180°

Rzeczywiste wyniki zgadzają się w sytuacjach, gdy kąt upadu wynosi do 20° i miąższość 30 cm. Dla wyższych wartości przyjmuje się ψ = 25°, należy jednak pamiętać, że w rzeczywistości wartość kąta może sięgać nawet do 80°.

Gdy fałdowany pakiet zawiera powtarzające się ławice o podatności większej niż otoczenie, posuw fałdowy dokonuje się na granicy ławic lub w ich obrębie. Obserwuje się charakterystyczne formy: fałdki ciągnione, kliważ spękaniowy. Klinencja fałdków ciągnionych i przechylenie powierzchni kliważu spękaniowego ku przegubom antyklinalnym świadczy o istotnym czynniku „ciągnienia”. Genezę fałdków ciągnionych można tłumaczyć różnicami w łatwości posuwu fałdowego na poszczególnych granicach litologicznych. Fałdki ciągnione mają prawidłowy stosunek do większości fałdów, niektórych uskoków i nasunięć - są do nich synkinematyczne. Fałdki ciągnione są wykorzystywane do określania położenia przegubu antyklinalnego, następstwa stratygraficznego, odtwarzania kierunków nasunięć. Drobne fałdy różnych typów, jeśli maja cechy struktur syn kinematycznych względem fałdu nadrzędnego, odznaczają się też przybliżoną zgodnością parametrów osiowych, co pozwala na stosowanie ich do orientacyjnej charakterystyki przestrzennej dużych struktur fałdowych. Reguły tej nie można stosować do fałdów dalekich od cylindryczności (duży udział płynięcia). Przy dużym zróżnicowaniu lepkości ławic geometria ich wewnętrznych odkształceń może wykazywać znaczny rozrzut (np. refrakcja kliważu).

Kliważ spękaniowy uważa się za zespół gęstych powierzchni ścinania, pochodnego względem pary sił na skrzydłach fałdu. Brak komplementarnego zespołu ścięć tłumaczy się rozładowaniem naprężeń ścinających przez poślizg wzdłuż powierzchni uławicenia. Oś naprężenia σ1 musi być do płaszczyzny ruchu ustawiona pod kątem 90-θ≤α≤90°, gdzie θ - kąt ścinania w danym materiale. Kliważ więc może rozwijać się w stromych skrzydłach fałdu pod trwającym naciskiem bocznym lub przy połogich powierzchniach poślizgu przy dużym ciśnieniu nadkładu.

Inne formy stowarzyszone z fałdami nadrzędnymi to fałdy kolankowe (załomowe), tworzące asymetryczne zygzaki, skupione w wąskich pasmach kolankowych, traktowane jako zgięciowo-fałdowy odpowiednik zaczątkowego ścinania w płaszczyznach ukośnych względem gęstych powierzchni anizotropii sedymentacyjnej lub metamorficznej, pod działaniem ściskania równoległego, pod znacznym ciśnieniem otaczającym utrudniającym rozproszony posuw fałdowy. Klinencja fałdków kolankowych jest przeciwna do tradycyjnej:

W sfałdowanych kompleksach o znacznych różnicach podatności częste są podrzędne, dysharmonijne fałdy w ławicach mniej podatnych w otoczeniu podatnych - są to tzw. fałdy pasożytnicze. W ich powstaniu ważną rolę odgrywa skrócenie fałdu nadrzędnego w pierwszym okresie fałdowania. Drobnoskalowe sfałdowanie pasożytnicze sztywnych ławic wymaga znacznej podatności procesu fałdowego. Im większy udział płynięcia plastycznego w tym procesie, tym większy stopień spłaszczenia fałdków pasożytniczych i tym większe przyrosty miąższości w ich przegubach.

Przy stromym ustawieniu ławic w połączeniu z działającą pod dużym kątem kompresją, plastyczność procesu powoduje rozciąganie, przy którym kruche ławice pękają, podatne zachowują swoja ciągłość. Powstaje budinaż - podział ławic mniej podatnych w otoczeniu bardziej podatnych na bochenkowate fragmenty (budiny) częściowo lub całkowicie izolowane od siebie przez bardziej podatny materiał. Orientacja budin jest funkcją naprężeń panujących w okresie budinowania. Przy typowym układzie - gdy σ1 jest pionowe - powstają budiny o najdłuższym wymiarze równoległym do uławicenia. Znane są przypadki prawie izometrycznych budin. Budinaż może występować poza fałdami: w strefach nasunięć, przy uskokach, w strefach podatnego ścinania. Budinaż może służyć do odtwarzania warunków i stanu odkształcenia. Znane są przypadki powstawania budinaż na etapie sedymentacyjno-diagenetycznym.

ścinanie (fałdowanie translacyjne) - dokonuje się wzdłuż gęstych powierzchni przecinających uławicenie, mniej więcej równoległych do osi fałdów. Powierzchniom poślizgu towarzyszy anizotropowość mechaniczna - są to powierzchnie kliważu osiowego. Niezbadane są przyczyny poślizgu wzdłuż powierzchni kliważu, najbardziej zaś zagadkowa jest kwestia zmiany zwrotu poślizgu, niezbędnego do powstania fałdu.

Rytmikę poślizgów rodzących fałdy ze ścięcia próbowano wytłumaczyć wychodząc z założenia wstępnego nachylenia ławic. Jednak ogólne wytłumaczenie genezy jest możliwe dopiero po założeniu, że kliważowanie nakłada się na fałdy wcześniej ukształtowane innego typu, które poddawane dalszej kompresji są odkształcane ścięciowe. Mechanizm translacyjny nie jest więc samodzielnym typem fałdowania.

Podstawowe kierunki ewolucji translacyjnej:

• wzrost smukłości fałdów w wyniku ruchu wzdłuż powierzchni poślizgu,

• zróżnicowanie miąższości w przegubach (większa) i na skrzydłach

• zróżnicowanie miąższości w skrzydłach stromszych (większa) i łagodniejszych,

W konsekwencji struktura fałdów translacyjnych jest najczęściej symilarna lub zbliżona, odchylenia od tej struktury są spowodowane różnicą gęstości kliważu w zróżnicowanych litologicznie skałach. Gdy w niektórych skałach kliważ się nie wykształca, powstają fałdy dysharmonijne.

Cechą rozpoznawczą fałdów translacyjnych powinna być stała miąższość pozorna ławic mierzona równolegle, jednak występują od tej zasady znaczne odstępstwa spowodowane rozchyleniem powierzchni poślizgu ku zewnętrznej stronie skrętów fałdowych.. Istotniejszą jednak przyczyną jest spłaszczanie mikrolitonów. Często towarzyszy temu rekrystalizacja, prowadząca do zaniku odrębności fałdów translacyjnych.

Deformacje translacyjne przechodzą w ciągły sposób w fałdy z płynięcia plastycznego uporządkowanego w laminarny sposób. Fizycznym odpowiednikiem tego zjawiska jest fałdowanie kliważowe. W przegubach fałdów kliważowych następuje skracanie i zgrubianie, na co wskazuje obecność fałdów pasożytniczych w obrębie skracanej warstwy, a na skrzydłach - wydłużanie, ścienianie i kliważowanie.

płynięcie - uczestniczy mniej lub bardziej w każdym rodzaju fałdowania, ale najlepiej jest widoczne, gdy dokonuje się w sposób jednorodny w całej masie skały. Jednorodny sposób płynięcia znamionuje najwyższy stopień podatności deformacji, uwarunkowany naturalną podatnością materiału, wysokim ciśnieniem i temperaturą, długim trwaniem procesu. Na ciśnienie składają się: ciśnienie nadkładu, naprężenia tektoniczne, dzięki którym można obserwować partie fałdu zdeformowane o wysokim stopniu plastyczności wraz z partiami powstałymi ze zginania.

Płynięcie plastyczne może dokonywać się po części wzdłuż uławicenia, co pociąga zmianę miąższości ławic. W mało zaawansowanym stadium objawia się to nabrzmieniem przegubów i powstaniem struktury symilarne. W miarę wzrostu stopnia zaawansowania fałdy symilarne mogą przechodzić w fałdy grubiejące. Dochodzi do rozwoju form niecylindrycznych. Litologiczne uwarunkowania podatności są powodem, że;

• zmiany miąższościowe zachodzą niejednakowo w poszczególnych warstwach,

• w obrębie warstw o wysokiej podatności może dojść do usamodzielnionych deformacji wewnętrznych,

• najsilniej naprężone partie jądrowe podlegają wyciskaniu i mogą powstawać struktury diapirowe,

Powstają więc struktury dysharmonijne z rosnącym stopniem nieregularności. W stadium najwyższej plastyczności (wzorzec: wewnętrzne sfałdowania wysadów solnych) obserwuje się szybką zmienność lokalną struktur deformacyjnych, skrajną dysharmonię wewnętrzną, brak organizacji kierunkowej. Zjawiska te występują także w „sztywnych” typach litologicznych w sytuacjach wymuszających zachowania wysokoplastyczne.

------------------------------------------

Zestaw 37

1. Scharakteryzuj ciało Maxwela

Ciało Maxwella stanowi szeregowe połączenie ciała Hooke'a i Newtona. W pierwszej fazie po przyłożeniu obciążenia zachowuje się ono sprężyście, ponieważ element ciała Hooke'a wyprzedza reakcją powolnie odkształcający się element ciała Newtona. Następnie coraz większą rolę zaczyna odgrywać ruch tłoka - odkształcenie powolne, ze stałą prędkością, odpowiadające fazie pełzania. Po ustąpieniu obciążenia następuje natychmiastowy powrót sprężyny do poprzedniej długości, ale tłok zatrzymuje się w osiągniętej pozycji w cylindrze i nie powraca już na swoje miejsce. Jeżeli zatrzymamy rozciąganie w jakimś momencie, to zauważymy powolny powrót sprężymy do pierwotnej długości kosztem przesuwania się tłoka - następuje tzw. relaksacja naprężeń:

σ = σ₀e^-Et/η

σ - wartość naprężenia pozostała z pierwotnej wartości σ0 po upływie czasu t, e - podstawa logarytmu naturalnego, E - moduł Younga sprężyny, η - lepkość cieczy w tłumiku. Wzór ten pozwala określić, jak długo będą się utrzymywać naprężenia tektoniczne w skale po działaniu wygasłych już sił. W przypadku skał okres ten może osiągać nawet 10 mln lat.

2. Jak powstają uskoki transferowe?

Uskoki transferowe powstają dzięki nierównomiernej ekstensji, ograniczonej z jednej strony blokiem oporowym. Uskoki transferowe mają przebieg poprzeczny do osi fałdów, nasunięć. Często uskoki transferowe występują w strefie ryftowej.

3. Czym różnią się dupleksy konsekwentne od obsekwentnych?

dupleksy konsekwentne - dupleksy ekstensyjne, ograniczone uskokami normalnymi, które zapadają w stronę przedpola. Jak sama nazwa wskazuje, dupleksy takie powstają w wyniku ruchu rozbieżnego

dupleksy obsekwentne - dupleksy kontrakcyjne, które są oddzielone od siebie uskokami nasuwczymi zapadającymi w stronę zagórza. Dupleksy takie powstają najczęściej w wyniku ruchu nasuwczego

4. Zdefiniuj i krótko scharakteryzuj wstęgi deformacyjne

Są to planarne struktury występujące w piaskowcach i utworach silikoklastycznych. Tworzą wstęgi o szerokości do kilku mm i długości do kilkuset m. Struktury te są kruche i powstają w skałach nieskonsolidowanych, najczęściej w wyniku wstrząsów sejsmicznych. Rejestruje się podobne do uskoków przemieszczenia, z tą różnicą, że wyraźna powierzchnia nieciągłości nie występuje. W takich wstęgach notuje się znaczny spadek przepuszczalności skał. W Karpatach takie struktury można zaobserwować w grubo ławicowych piaskowcach magurskich. W zależności od mechanizmu powodującego powstanie tych struktur wyróżnia się:

• wstęgi ścięciowe, powstałe w wyniku prostego ścinania,

• wstęgi kompakcyjno - ścięciowe,

• wstęgi kompakcyjne,

• wstęgi dylatacyjno - ścięciowe,

• wstęgi dylatacyjne,

Wstęgi deformacyjne powstają generalnie w reżimie kompresyjnym i w zależności od głębokości, na jakiej powstają wyróżnia się:

• pasma dezintegracyjne - powstają na najmniejszych głębokościach i przy najmniejszej kompresji,

• pasma fyllosilikatowe - na umiarkowanych głębokościach, przy średnich wartościach naprężeń kompresyjnych,

• pasma kataklastyczne - na największych głębokościach i przy największych wartościach naprężeń,

5. Scharakteryzuj fałdy pasożytnicze

W sfałdowanych kompleksach o znacznych różnicach podatności częste są podrzędne, dysharmonijne fałdy w ławicach mniej podatnych w otoczeniu podatnych - są to tzw. fałdy pasożytnicze. W ich powstaniu ważną rolę odgrywa skrócenie fałdu nadrzędnego w pierwszym okresie fałdowania. Drobnoskalowe sfałdowanie pasożytnicze sztywnych ławic wymaga znacznej podatności procesu fałdowego. Im większy udział płynięcia plastycznego w tym procesie, tym większy stopień spłaszczenia fałdków pasożytniczych i tym większe przyrosty miąższości w ich przegubach.

------------------------------------------

Zestaw 38

1. Jak powstają okna tektoniczne? Podaj przykłady tych struktur

Okna tektoniczne powstają w wyniku erozji utworów allochtonicznych w rozcięciu erozyjnym. Wskutek tego procesu może dojść do odpreparowania skał autochtonicznych, które są otoczone ze wszystkich stron utworami płaszczowiny (zrobić rysunek). Okno tektoniczne może też powstać na granicy dwóch płaszczowin. Przykładami takich struktur są:

• okno tektoniczne Mszany Dolnej - wyerodowane utwory jednostki magurskiej odsłaniają leżące pod nimi sfałdowane utwory jednostki dukielskiej. Jest to jednocześnie największe okno tektoniczne w polskich Karpatach;

• engadyńskie okno tektoniczne (Alpy, Szwajcaria) - spod zerodowanych metamorficznych skał odsłaniają się utwory osadowe jurajskie. Skały metamorficzne stanowią jądra płaszczowin;

• okno tektoniczne Żywca - jest to podwójne okno tektoniczne; spod płaszczowiny godulskiej wyłania się jednostka cieszyńska, a spod niej jednostka podśląska;

2. Scharakteryzuj własności sprężyste skał

odkształcenie sprężyste cechuje się odwracalnością i prostoliniowym w przybliżeniu przebiegiem funkcji σ/ε. Znajduje to wyraz w prawie Hooke'a:

ε = eσ

e - współczynnik proporcjonalności, który ze względu na niewielką wartość często jest zastępowany odwrotnością (E) - modułem Younga i wtedy prawo Hooke'a przyjmuje postać:

ε = σ/E

Przy innych rodzajach odkształceń sprężystych moduł Younga jest zastępowany przez inne: moduł sprężystości postaciowej (sztywności, przy ścinaniu), moduł sprężystości objętościowej (ściśliwości, przy odkształceniu objętościowym). Ponieważ w przyrodzie mamy do czynienia z ciałami anizotropowymi, prawo Hooke'a stosuje się w przybliżeniu. Prawo to dotyczy odkształceń we wszystkich kierunkach.

współczynnik Poissona ν - stosunek względnych odkształceń poprzecznych do odkształceń poosiowych; waha się od 0,1 do 0,5, dla skał litych: 0,1 - 0,4. Odwrotnością liczby Poissona: m = 1/ν. Parametry Poissona odgrywają duże znaczenie przy obliczaniu poziomych naprężeń rodzących się pod wpływem ciśnienia grawitacyjnego. Działanie to nie może doprowadzać do poziomego poszerzania się materiału, więc zachodzi sprężanie skał. Powiększanie się współczynnika Poissona oznacza, że różnica między ciśnieniem pionowym a pochodnymi naprężeniami poziomymi powinna się zmniejszać aż do nastania stanu hydrostatycznego, ale dopóki skały zachowują się sprężyście, może istnieć stan zbliżony do hydrostatycznego.

3. Omów pokrótce model Wernickego

Model Wernickego ma zastosowanie do wytłumaczenia genezy szeregu uskoków normalnych antytetycznych szuflowych w strefach wielkoskalowej poziomej ekstensji. W wyniku rozciągania skorupy ziemskiej powstają zrotowane bloki, niedobór masy musi zostać skompensowany. Kompensacja następuje na drodze tzw. odwrotnego ciągnienia - powstają uskoki antytetyczne, między którym a uskokiem głównym powstaje rów tektoniczny. Uskoki te mogą osiągać kilkudziesięciokilometrowe amplitudy. Pojawiają się też antykliny kompensacyjne, stanowiące doskonałe pułapki dla węglowodorów.

4. Przedstaw główne kontrowersje dotyczące genezy ciosu

• hipoteza tensyjna: regionalne naprężenia tensyjne obserwuje się na kratonach wyłącznie w strefie ryftowej, seryjne zniszczenie dokonuje się w warunkach podatnych, powstanie ciosu ortogonalnego musiałoby odbywać się w dwóch prostopadłych kierunkach, rozszerzanie się Ziemi powodowałoby powstawanie ciosu w wąskich strefach, energia rozszerzania byłaby rozpraszana na wielu poziomych nieciągłościach;

• hipoteza kompresyjna: przewagę mają systemy ortogonalne, podwójny kąt ścinania rzadko przekracza 60 - 70°;

• hipoteza skręceniowa: zastrzeżenia budzi wielkość sił w warunkach szerokopromiennego skręcania;

• hipoteza zmęczeniowa: globalna prawidłowość wykształcenia ciosu nie ma potwierdzenia, spękanie pod wpływem pływów nie powinno sięgać głębiej niż kilka m w głąb, nie ma ciągłości między sąsiednimi spękanymi ławicami;

• hipoteza sejsmiczna: zasięg strefy spękanej jest niewielki;

• hipoteza diagenetyczno-kontrakcyjna: brak wyjaśnienia kierunkowej organizacji spękań;

• hipoteza planetarna: statystycznie spękania nie mają zgodnych kierunków na całym świecie, spękania w obszarach fałdowych i platformowych nie mogą być wspólnej genezy, gdyż w fałdach obserwowałoby często klinowate rozwarcia spękań, brak rozwiązania fizycznego mechanizmu przekazywania naprężeń,

• hipoteza grawitacyjno-odprężeniowa: teoria ta nie tłumaczy powstawania spękań na etapie wczesnej diagenezy, trudno za jej pomocą wytłumaczyć powstawanie ortogonalnego systemu ciosu w słabo zdiagenezowanych skałach., nie wyjaśnia powstawania spękań niesystematycznych, głębokość otwierania się spękań jest znacznie większa niż wynika z obliczeń tej hipotezy

5. Scharakteryzuj fałdy związane z uskokami nasuwczymi

Fałdy te powstają w wyniku działania pary sił w płaszczyźnie pionowej. Ich oś początkowo jest prostopadła do osi σ₁ (wypadkowa pary sił, ciśnienia nadkładu), z czasem następuje rotacja fałdów. Do wytworzenia fałdów niezbędne jest ściskanie w płaszczyźnie ławic. Symetria pola naprężeń jest jednoskośna - tworzą się fałdy obalone, w miejscu poślizgów i wysokich naprężeń normalnych następuje silne wytłoczenie i redukcja skrzydeł brzusznych i powstają fałdy złuskowane. Łuski o zasięgu regionalnym w Karpatach to skiby.

---