ZESTAW 21

1) Omów teorię zniszczenia Coulomba-Mohra

Zasadniczą rolę odgrywa tu tarcie wewnętrzne, którego miara jest kąt tarcia wewnętrznego φ, czyli miara oporu skały przeciw poślizgowi jej części względem siebie. Warunek poślizgu wyraża równanie tarcia:

τ = σtgφ

Przezwyciężenie oporu tarcia wewnętrznego uwarunkowane jest osiągnięciem dostatecznej wartości naprężenia ścinającego, które zależy od różnicy σ1 - σ3. W celu określenia możliwości ścięcia należy powiązać równanie tarcia z diagramem Mohra. Kolejne koła Mohra o średnicy zwiększającej się od σ3σ1 w prawo oznaczają zmianę stanu naprężeń aż do osiągnięcia krytycznego stanu - koło Mohra uzyskuje styczność z liniami zniszczenia. Krytyczny stan naprężeń został uzyskany tylko poprzez zmianę σ1 (np. powstawanie uskoków odwróconych przy wzrastającym poziomym nacisku tektonicznym przy stałym ciśnieniu nadkładu), ale możliwa jest też odwrotna sytuacja - zmienia się σ3 (np. powstawanie uskoków normalnych przy bocznym odprężaniu podczas szybkiego wypiętrzania). Możliwe jest też osiągnięcie styczności przy zmianie σ1 i σ3, co jest często spotykane.

Istnieje szczególna możliwość powstawania zniszczenia ścięciowego, związana z obecnością wody w skałach. Przy zniszczeniu istotną rolę odgrywają wartości napręzeń normalnych czynnych. Jeżeli np. ciśnienie porowe zwiększy się, następuje przesunięcie się koła Mohra w lewo i może dojść do zetknięcia się okręgu z obwiednią - nastąpi zniszczenie. Wnioskiem jest, że do zniszczenia ścięciowego może dojść bez istotnych przyczyn tektonicznych, co potwierdzają przypadki znane ze zbiorników retencyjnych.

Należy pamiętać, że im większe są naprężenia σ1 i σ3, tym większej potrzeba różnicy między nimi, żeby nastąpiło zniszczenie, co oznacza, że możliwość powstawania uskoków jest znacznie wyższa w strefach przypowierzchniowych w skorupie ziemskiej, niż na znacznych głębokościach (dążenie do hydrostatycznego stanu naprężeń).

Należy zauważyć, że obwiednia Mohra przecina się z osią τ w określonym punkcie. Oznacza to, że aby nastąpiło ścięcie, potrzebna jest pewna minimalna różnica naprężeń głównych, czyli pewna wartość naprężenia ścinającego, zwana spójnością (kohezją) c. W tym wypadku równanie linii zniszczenia przyjmuje postać:

τ = c + tgφ (równanie Coulomba)

Równanie Coulomba zostało następnie uściślone, by można je było stosować do skał litych. Uściślenia polegały na wprowadzaniu naprężeń czynnych. Ciśnienie porowe ułatwia powstawanie uskoków oraz zwiększa „kruchość” sposobu zniszczenia. W skałach silnie porowatych o pełnym nasączeniu, bez możliwości odsączania, ze wzrostem obciążenia rośnie ciśnienie porowe - woda przejmuje całe obciążenie, koła Mohra mają taką samą średnicę, obwiednią stanowią 2 linie równoległe, kąt tarcia wewnętrznego wynosi 0. Jest to przypadek wyidealizowany, w rzeczywistości bowiem następuje stopniowe zaciskanie porów, zazwyczaj istnieje też możliwość ucieczki wody - wtedy obwiednia Mohra przyjmuje postać krzywej lekko wygiętej ku górze. Generalnie po stronie kompresyjnej krzywizna tej obwiedni nie jest duża, dlatego w wielu obliczeniach można przyjąć jej przebieg za prostoliniowy w przybliżeniu. Po tensyjnej stronie obwiednia zazwyczaj przyjmuje kształt paraboli przecinającej oś -σ pod kątem 90° - kąt ścinania w tym przedziale maleje do miejsca przecięcia się obwiedni z osią -σ, gdzie α = 90°, θ = 0° - powierzchnia zniszczenia jest prostopadła do osi σ3.

2) Co to jest fałd i jak można klasyfikować fałdy?

Fałd - każde wygięcie płaszczyznowych elementów strukturalnych, niezależnie od tego jakimi czynnikami zostało spowodowane (wygięciem warstw, ławicy lub innego pierwotnie płaskiego elementu strukturalnego, wytworzone wtórnie, choć niekoniecznie z przyczyn tektonicznych).

Gdy stratygrafia utworów budujących fałd nie jest znana:

Antyforma - każda forma wypukła ku górze.

Synforma - każda forma wklęsła ku górze.

Gdy stratygrafia utworów budujących fałd jest znana:

Antyklina (siodło) - forma fałdu zawierająca w jądrze utwory starsze.

Synklina (łęk) - forma fałdu zawierająca w jądrze utwory młodsze

a)Geometryczne klasyfikacje fałdów:

kinematyczna:

kryterium: położenie powierzchni osiowych i skrzydeł oraz ogólna pozycja form fałdowych w przekroju prostopadłym do osi fałdu:

• fałd stojący - powierzchnia osiowa pionowa'

• fałd pochylony - powierzchnia osiowa pochylona, skrzydła zapadają w przeciwnych kierunkach lub jedno jest pionowe a drugie pochylone'

• fałd obalony - powierzchnia osiowa nachylona, skrzydła nachylone w tym samym kierunku,

• fałd leżący - powierzchnia osiowa pozioma

• fałd przewalony - powierzchnia osiowa nachylona lub pionowa, pozycja form fałdowych odwrócona: odwrócona antyklina jest wklęsła ku górze (fałszywa synklina), odwrócona synklina staje się wypukła ku górze (fałszywa antyklina). Następstwo warstw jest odwrotne niż normalnie. Przegub fałszywej antykliny to skręt korzeniowy (synklinalny), a przegub fałszywej synkliny to skręt czołowy (antyklinalny),

W przypadku antyklin obalonych można mówić o skrzydle grzbietowym (górnym, normalnym), gdzie następstwo warstw jest normalne, o skrzydle brzusznym (odwróconym), gdzie następstwo warstw jest odwrócone. Gdy skrzydło brzuszne ulegnie częściowo wygnieceniu, określa się je jako śródfałdzie.

Przy fałdach zanurzających się na upad powierzchni osiowej składa się nie tylko jej pochylenie w przekroju poprzecznym, ale tez zanurzanie się osi fałdu. Gdy oś fałdu jest równoległa do linii upadu powierzchni osiowej, wówczas mamy do czynienia z fałdem przechylonym.

kryterium: symetria wewnętrzna:

• fałdy symetryczne - skrzydła symetryczne względem powierzchni osiowej

• fałdy asymetryczne - skrzydła niesymetryczne względem powierzchni osiowej. Asymetria polega na różnej długości skrzydeł, różnych miąższościach, kształcie. Wyróżnia się wtedy powierzchnie osiową i płaszczyznę środkową, czyli symetralną skrzydeł fałdu. Skrajnym przypadkiem fałdu asymetrycznego jest fałd złuskowany. Wergencja - kierunek pochylenia i asymetrii fałdu; klinencja - kierunek odchylenia płaszczyzn środkowych fałdów od prostopadłości do ich obwiedni. klinencja ma znaczenie przy określaniu stosunku drobniejszych fałdów do nadrzędnej struktury

b) morfologiczna

kryterium: kształt fałdów w przekroju - stosuje się określenia obrazowe:

• fałdy zębate (szewronowe, zygzakowate) - ostre przeguby, płaskie skrzydła,

• fałdy grzebieniowate - o ostrych przegubach antyklin i półkolistych przegubach synklin'

• fałdy hiperboliczne

• fałdy paraboliczne

• fałdy półkoliste

• fałdy skrzynkowe (kuferkowe) - o płaskich grzbietach antyklin i dnach synklin połączonych przegubami z płaskimi stromymi skrzydłami w położeniu normalnym,

• fałdy wachlarzowe - płaskie lub lekko wygięte grzbiety antyklin i dna synklin, połączone przegubami z płaskimi, stromo nachylonymi skrzydłami w położeniu odwróconym,

• 
  

kryterium: kąt zbieżności Δ, określający wzajemne stosunki skrzydeł. Jest to kąt dwuścienny między płaszczyznami określającymi średnie położenie skrzydeł fałdu:

• fałdy normalne - Δ>0

• fałdy izoklinalne (zamknięte) - Δ=0

• fałdy wachlarzowe - Δ<0

kryterium: stopień skrócenia fałdowego - rośnie wraz z maleniem kąta Δ. Po zrównaniu się Δ z 0 przy fałdzie izoklinalnym następuje plastyczne wyciskanie materiału z jąder antyklin, umożliwiające dalsze skracanie i powstawanie form wachlarzowatych. Dla pomiaru stopnia skrócenia fałdowego istotny jest stosunek wysokości fałdu (w) do jego promienia (p):

• fałdy szerokopromienne - gdy w/p = ¼ lub mniej

• fałdy średniopromienne - gdy w/p = ¼ do 1

• fałdy wąsko promienne - gdy w/p wynosi więcej niż 1

W przypadku fałdów asymetrycznych o różnych długościach skrzydeł wprowadza się średni promień fałdu.

kryterium: kształt fałdów w planie - wskaźnikiem jest stosunek długości fałdu (d) do jego szerokości (s) zmierzonych wzdłuż tej samej granicy stratygraficznej:

• fałdy linijne - gdy długość jest większa od szerokości przynajmniej 5-krotnie,

• brachyfałdy - gdy długość przewyższa szerokość 2 do 5 razy,

• kopuły, niecki - gdy długość jest równa lub 2 razy większa niż szerokość,

kryterium: symetria ogólna i cylindryczność - symetryczność wzdłuż płaszczyzn AB AC może być rombowa, jednoskośna, trójskośna:

• fałdy cylindryczne - powierzchnie ławic stanowią powierzchnie walcowe dające się odwzorować przez ruch tworzącej,

• fałdy niecylindryczne: stożkowe, będące produktem najczęściej transformacji fałdów cylindrycznych na zakończeniach, w odcinkach ondulacyjnych; fałdy torsjalne;

Powierzchnie sfałdowane wymienionych wyżej fałdów są rozwijalne do płaszczyzny.

• fałdy nałożone - pochodzące z interferencji różnych fałdowań. Należą do fałdów nierozwijalnych, których sfałdowana powierzchnia nie może być przedstawiona w postaci płaszczyzny

c) strukturalna - oparta na wzajemnym stosunku ławic, mająca największe zastosowanie. Wyróżnia się 3 grupy fałdów:

• fałdy koncentryczne - krzywizny ławic maja wspólne centrum (niekoniecznie w znaczeniu ściśle geometrycznym). Krzywizny maleją od centrum ku zewnętrznej stronie fałdów. Miąższość ławic jest mniej więcej stała,

• fałdy symilarne - krzywizny ławic są takie same lub bardzo podobne (kształt i promień krzywizn powtarzają się). Następstwem jest zmniejszenie miąższości ławic na skrzydłach, które dokonują się skokowo lub płynnie,

• fałdy dysharmonijne - krzywizny poszczególnych ławic są różne, pozbawione wspólnego centrum. Miąższość niektórych ławic zmienia się w sposób indywidualny dla każdej ławicy. Poszczególne ławice odkształcały się niezależnie od siebie. Objawia się to deformacjami II rzędu, zgrubieniami w przegubach antyklin. Dla opisania tego typu fałdów zaproponowano szereg współczynników:

• ogólny współczynnik dysharmonii KD: KD = ta/t0 ta - pierwotna miąższość ławicy reprezentatywnej dla zmian miąższości w danym fałdzie, t0 - miąższość ławicy wzdłuż powierzchni osiowej fałdu'

• szczególny współczynnik dysharmonii Kd: Kd = ta/tt, tt - miąższość ławicy wskaźnikowej w skrzydle fałdu, ta - jak wyżej,

• syntetyczny współczynnik dysharmonii Ks, czyli odchylenie standardowe KD lub Kd dla poszczególnych ławic:
  , K - poszczególne wartości współczynników, Kśr - średnia arytmetyczna z K, n - liczba pomiarów,

Fałdy koncentryczne i symilarne rzadko występują w czystej postaci, dlatego tworzy się bogatsze klasyfikacje (Ramsay):

• 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

3) Scharakteryzuj rolę ciśnienia porowego w powstawaniu spękań

Secor wyszedł od uogólnionej krzywej zniszczenia skał:

σ1max = 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.

4) Rodzaje płaszczowin

-z odkłucia - najczęstszy sposób powstawania struktur szariażowych (nasunięciowych). Z tego typu nasunięciami jest związany rozwój dupleksów. Najczęściej odkłucie następuje wzdłuż powierzchni na granicy warstw skalnych o różnych własnościach mechanicznych. Odkłucie następuje wzdłuż powierzchni predysponowanej litologicznie:

-ze ścinania - następuje w wyniku ścinania prostego. Powierzchnia ścinania jest najczęściej ukośna względem struktur. Przykładem nasunięcia ze ścinania może być nasunięcie Dinant (Belgia);

-przez przefałdowanie - powstanie tego typu nasunięć jest poprzedzone intensywnym fałdowaniem podatnych na ten proces warstw skalnych. W wyniku fałdowania powstają fałdy leżące, a gdy naprężenia powodujące fałdowanie nie ustępują, może dojść do przerwania ciągłości warstw w śródfałdziu i powstania powierzchni odkłucia. Następuje ruch skrzydła grzbietowego:

-przez diwertykulację - hipoteza tłumacząca powstanie niektórych płaszczowin grawitacyjnych. poszczególne pakiety warstw odkłuwają się od siebie i zsuwają na siebie w odwrotnej do sedymentacji kolejności. Każdy z pakietów stanowi oddzielną płaszczowinę, gdzie następstwo warstw jest normalne. Tego typu struktury występują w utworach dewonu w Rif-Maroko.

5) Scharakteryzuj główne modele uskokowania

• model Andersona - zakłada się trójosiowy układ sił (siła ciężkości + oddziaływania tektoniczne wzdłuż pozostałych 2 osi) na ograniczonej przestrzeni. Rezultat procesu deformacji zależy od stosunku wartości naprężeń. Gdy wzdłuż przynajmniej jednej osi działa siła ściskająca znacznie słabsza od pozostałych, nie działa żadna siła lub działa siła rozciągająca, to w tym kierunku następuje ekstensja ośrodka. Po przekroczeniu wytrzymałości ośrodka na rozciąganie powstaje pęknięcie tensyjne prostopadłe do osi naprężenia. Gdy działają trzy siły ściskające i żadna nie różni się znacząco od drugiej, następuje zniszczenie ścięciowe. Powierzchnie zniszczenia są mniej więcej równe, ułożone jako tzw. system ścięć sprzężonych, nachylonych symetrycznie względem osi naprężeń σ₁ i σ₃, krzyżujących się wzdłuż osi σ₂. Im wyższy poziom naprężeń, tym pewniejsze jest wykształcenie się zespołu komplementarnego. Kąt pomiędzy jego składowymi nie jest prosty, od strony osi σ₁ ostry, od σ₃ - rozwarty;

• poślizgowy model uskokowania (model odkształcenia trójwymiarowego) - pod wpływem czynnej roli naprężenia i odkształcenia pośredniego, w polu jednorazowego odkształcenia powstaną 3-4 zespoły kierunkowe poślizgów, zachowujące symetrię rombową względem osi odkształceń głównych. Orientacja tych płaszczyzn zależy od stosunku wartości odkształcenia pośredniego do największego:

k = E₂/E₁

Gdy k = (-1), k = 0, lub k = +/- ∞, powstaną klasyczne, „Andersonowskie” powierzchnie ścięcia, w pierwszym przypadku powstaną uskoki przesuwcze, w drugim i trzecim - zrzutowe. W przypadkach pośrednich powstaną uskoki zrzutowo-przesuwcze. Ich orientacja zależy od kąta tarcia wewnętrznego φ. Model ten pozwala na odtworzenie osi odkształceń, uzyskać informacje o k i φ.

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

Zestaw 22

1) Co to jest zniszczenie ścięciowe?

zniszczenie ścięciowe - proces dezintegracji skały, polegający na pokonaniu tarcia wewnętrznego przez naprężenia styczne o odpowiedniej wartości. Aby uzyskać odpowiednio wysokie naprężenie styczne, niezbędna jest różnica wartości σ1 i σ3. Powstają wtedy płaszczyzny największego ścinania, złożone z dwu zespołów symetrycznie nachylonych względem osi działających skrajnych naprężeń głównych - system ścięć sprzężonych. Kąt pomiędzy płaszczyznami największego ścinania jest prosty, kąt ścinania θ jest mniej więcej stały dla danej skały.

2) Scharakteryzuj i podaj przykłady stref ścinania.

Uskoki typu podatnego powstają przy końcu odkształcenia trwałego, gdy w danych warunkach rozmiar odkształcenia przewyższa podatność danej skały. Zniszczenie dokonuje się w sposób ewolucyjny - powierzchnie poślizgów koncentrują się stopniowo z szerokich pasm. W przypadku ścinania prostego wykształcają się obydwa kierunki komplementarne, istnieje większa szansa na wykształcenie się zespołów ścięć pochodnych R i R'. Pozycja kątowa uskoków początkowo stosuje się do kryterium Coulomba-Mohra - przy niewielkiej wartości kąta tarcia wewnętrznego oznacza to łagodne nachylenia uskoków normalnych i strome odwróconych. Dyskretne ścinanie materiału przed koncentracją poślizgu powoduje przebudowę strukturalną ośrodka, co z kolei ułatwia ruch poślizgowy. W wyniku tego zjawiska tworzą się pasma dyslokacyjne o budowie wewnętrznej odróżniającej się od otoczenia, charakterystyczna jest też obfitość mylonitów, produktów zaawansowanej rekrystalizacji. Takie strefy noszą nazwę stref podatnego ścinania. W takich strefach często obserwuje się stały ruch o charakterze pełzania, przerywany epizodami aktywności sejsmicznej. Niekiedy powierzchnia uskoku nie jest możliwa do jednoznacznego wyróżnienia, bowiem drobne przemieszczenia na poziomie intergranularnym składają się na znaczną sumaryczną wartość przemieszczenia. powierzchnię koncentracji przemieszczeń można wyróżnić w przypadku zachowania mniej podatnego skał.

W szczelinach uskoków typu podatnego obserwuje się drobnookruchowe brekcje i mylonity, w ścianach podgięcia przyuskokowe, w przedłużeniu uskoków częste są fleksury, antykliny asymetryczne.

Przykłady: uskoki w prowincji Basin and Range, uskok strefa San Andreas, uskok San Jacinto, uskok Rzeki Czerwonej, uskok Hayward, uskok Atacama, uskok Filipiński.

3) Jak powstają płaszczowiny z odkłucia?

Jest to najczęstszy sposób powstawania płaszczowin. Z tego typu nasunięciami jest związany rozwój dupleksów. Najczęściej odkłucie następuje wzdłuż powierzchni na granicy warstw skalnych o różnych własnościach mechanicznych. Odkłucie następuje wzdłuż powierzchni predysponowanej litologicznie:

Ku górze następuje zakrzywienie powierzchni odkłucia aż do osiągnięcia powierzchni terenu. Powyżej powierzchni terenu ruch jest ułatwiony dzięki znacznie mniejszemu tarciu.

4) Scharakteryzuj wzajemne stosunki geometryczne spękań

Spękania utworzone podczas jednego cyklu ciosotwórczego składają się zwykle na układ symetryczny względem osi naprężeń głównych podczas tego procesu. Układ ten może stanowić jeden zespół, system lub dwa systemy lub kombinacje zespołów systemów. Układ niesymetryczny powstaje w wyniku działania procesów ciosotwórczych różnowiekowych, gdy powstają nowe spękania, nie zachowujące już symetrii. Wyróżnia się następujące systemy ciosu:

• ortogonalny (prostokątny) - kąt pomiędzy zespołami ciosu wynosi 90°. Poszczególne zespoły powstają głównie na obszarach platformowych na obszarach platformowych; powstaje, gdy σ₂≈σ₃;

• 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:

5) Podaj przykłady fałdów dysharmonijnych

…

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

Zestaw 23

1) Scharakteryzuj proces płynięcia skał

płynięcie skał - proces postępującego, powolnego odkształcenia ciągłego, nieodwracalnego, pod obciążeniem o stałej wartości, niższej od granicy sprężystości, plastyczności i wytrzymałości ustąpienia. Wyróżnia się:

• płynięcie sprężyste - krzywa wygina się łukowato, wzrost odkształceń nie jest proporcjonalny do czasu, spada przyrostu odkształcenia odbywa się logarytmicznie.

• płynięcie plastyczne - charakteryzuje się stałym , choć powolnym przyrostem odkształceń.

2) Czym odznaczają się uskoki listryczne?

Wśród uskoków listrycznych wyróżnia się uskoki szuflowe - kąt upadu maleje z głębokością, uskoki nawieszone - o kącie upadu rosnącym w głąb. Taki profil powierzchni uskokowej związany jest ze zróżnicowanymi warunkami (wzrost ciśnienia z głębokością, wzrost plastyczności skał), a także z występowaniem sekwencji osadów o różnych własnościach fizycznych. Szuflowy profil jest typowy dla uskoków syn sedymentacyjnych oraz odwróconych, powstałych pod działaniem nacisków połogich.

3) Jak powstają płaszczowiny ze sfałdowania?

Powstanie tego typu płaszczowin jest poprzedzone intensywnym fałdowaniem podatnych na ten proces warstw skalnych. W wyniku fałdowania powstają fałdy leżące, a gdy naprężenia powodujące fałdowanie nie ustępują, może dojść do przerwania ciągłości warstw w śródfałdziu i powstania powierzchni odkłucia. Następuje poziomy ruch skrzydła grzbietowego:

4) Porównaj żyły: syntaksjalne, antytaksjalne, złożone oraz kryształów „rozciągniętych”

żyły syntaksjalne	żyły antytaksjalne	żyły złożone	żyły kryształów "rozciągniętych"
krystalizują od ścian ku środkowi	krystalizują od środka do ścian	krystalizacja od ścian lub do ścian spękania	krystalizują od ścian ku środkowi
zbudowane z takich minerałów jak skała otaczająca	zbudowane z mniej lub bardziej różnego materiału jak skała otaczająca	zbudowana z takiego samego lub różnego materiału jak skała otaczająca	zbudowane z takich minerałów jak skała otaczająca
obecność szwu centralnego	brak szwu centralnego	dwa lub więcej szwów, już nie centralnych	brak szwu centralnego
obecność minerałów o pokroju włóknistym, bez inkluzji	minerały włókniste z inkluzjami ze skały otaczającej	minerały włókniste, czasami z inkluzjami ze skały otaczającej	obecność minerałów o pokroju włóknistym, ze spękaniami
krystalizacja syntektoniczna minerałów w szczelinie
krystalizacja nadąża za tempem poszerzania szczeliny	krystalizacja nadąża za tempem poszerzania szczeliny	krystalizacja nadąża za tempem poszerzania szczeliny	krystalizacja nadąża za tempem poszerzania szczeliny
kierunek rozwierania przeciwny do kierunku krystalizacji	kierunek rozwierania zgodny z kierunkiem krystalizacji	kierunek rozwierania zgodny lub przeciwny do kierunku krystalizacji	kierunek rozwierania zgodny z kierunkiem krystalizacji
ekstensja ciągła	pękanie hydrauliczne epizodyczne w warunkach ogólnej kontrakcji	ekstensja epizodyczna lub o zmiennej intensywności lub zmienne warunki naprężeń	powolna ekstensja ciągła + pękanie hydrauliczne
zakrzywienia kryształów rosną ku środkowi żyły	zakrzywienia kryształów rosną ku ścianom spękania	kierunki zakrzywiania różne, w zależności od reżimu naprężeń	brak zakrzywień

5) Scharakteryzuj klasyfikacje strukturalna fałdów

Klasyfikacja strukturalna - oparta na wzajemnym stosunku ławic, mająca największe zastosowanie. Wyróżnia się 3 grupy fałdów:

• fałdy koncentryczne - krzywizny ławic maja wspólne centrum (niekoniecznie w znaczeniu ściśle geometrycznym). Krzywizny maleją od centrum ku zewnętrznej stronie fałdów. Miąższość ławic jest mniej więcej stała,

• fałdy symilarne - krzywizny ławic są takie same lub bardzo podobne (kształt i promień krzywizn powtarzają się). Następstwem jest zmniejszenie miąższości ławic na skrzydłach, które dokonują się skokowo lub płynnie,

• fałdy dysharmonijne - krzywizny poszczególnych ławic są różne, pozbawione wspólnego centrum. Miąższość niektórych ławic zmienia się w sposób indywidualny dla każdej ławicy. Poszczególne ławice odkształcały się niezależnie od siebie. Objawia się to deformacjami II rzędu, zgrubieniami w przegubach antyklin. Dla opisania tego typu fałdów zaproponowano szereg współczynników:

• ogólny współczynnik dysharmonii K_D: K_D = t_a/t₀ ta - pierwotna miąższość ławicy reprezentatywnej dla zmian miąższości w danym fałdzie, t₀ - miąższość ławicy wzdłuż powierzchni osiowej fałdu'

• szczególny współczynnik dysharmonii K_d: K_d = t_a/t_t, t_t - miąższość ławicy wskaźnikowej w skrzydle fałdu, t_a - jak wyżej,

• syntetyczny współczynnik dysharmonii K_s, czyli odchylenie standardowe K_D lub K_d dla poszczególnych ławic:
  , K - poszczególne wartości współczynników, K_śr - średnia arytmetyczna z K, n - liczba pomiarów,

Fałdy koncentryczne i symilarne rzadko występują w czystej postaci, dlatego tworzy się bogatsze klasyfikacje (Ramsay):

• 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 24

1) Omów główne typy odkształceń

• odkształcenie, deformacja - zmiana kształtu (odkształcenie postaciowe) lub objętości (odkształcenie objętościowe) lub kształtu i objętości. Każde odkształcenie pociąga za sobą powstawanie sił wewnętrznych przeciwstawiających się tej zmianie, czyli naprężeń.

• odkształcenie jednorodne - linie pierwotnie proste pozostają prostymi, linie pierwotnie równoległe pozostają równoległe, natomiast zmieniają się tylko wartości liczbowe i kątowe;

• odkształcenie niejednorodne - linie pierwotnie proste stają się krzywe, linie pierwotnie równoległe tracą swą równoległość, parametry kątowe i liczbowe charakteryzujące wielkość odkształcenia wzdłuż jakiegokolwiek kierunku są zmienne, a więc odkształcenie w różnych punktach ciała jest różne. W tym przypadku należy określić tzw. domeny jednorodne, czyli odcinki badanego obszaru, które z punktu widzenia określonych cech można traktować jako całość. Po określeniu poszczególnych domen można dokonywać ich stopniowej integracji, czyli uogólniać stwierdzenia na coraz szerszy obszar, ponieważ pomiędzy niektórymi domenami istnieje bliskie pokrewieństwo. Wpływ na przebieg odkształceń mają m.in. niejednorodność litologiczna, anizotropowość.

2)Scharakteryzuj uskoki normalne.

Naprężenie σ₁ jest pionowe - jego głównym źródłem jest obciążenie grawitacyjne. Kąt upadu powierzchni uskokowych po uwzględnieniu kąta tarcia wewnętrznego zawiera się między 60 a 70°. Wartość krytyczna różnicy naprężeń może być osiągnięta przez wzrost nacisku pionowego dzięki gromadzeniu się osadów w nadkładzie uskokowanych warstw. Dotyczy to powstawania uskoków syn sedymentacyjnych w obrzeżeniach basenów, uskokowania pod wpływem mas stosunkowo szybko obciążających podłoże, np. płaszczowin. Równomierny przyrost obciążenia pionowego powinien powodować proporcjonalny przyrost naprężeń poziomych, lecz podwyższone ciśnienia porowe płynów mogą stanowić istotny czynnik uskokowania.

Rozwój uskoków grawitacyjnych na obszarach kratonicznych tłumaczy się działaniem naprężeń rozciągających w płaszczyźnie poziomej, co jest widoczne w pasach ryftowych i w śródkontynentalnych pasach rozłamowych. Dla płytszego uskokowania największe znaczenie w spadku naprężeń poziomych mają: ekstensja na przedpolu stref skrócenia tektonicznego, wymuszona przez działające naciski, np. w przypadku uskokowania na przedpolu Alp; odprężanie towarzyszące wypiętrzaniu litosfery - poszczególnych jej bloków lub wypiętrzanie antyklinalne, gdzie dodatkowym czynnikiem jest odzgięciowe poszerzanie w zewnętrznej części łuku. W tym drugim przypadku powstają uskoki epiantyklinalne. W wyidealizowanym przypadku (izotropia ośrodka, brak innych nacisków tektonicznych) system uskoków powinien być radialny.

Uwarunkowanymi okresami powstawania uskoków normalnych są okresy spadku naprężeń w płaszczyźnie poziomej, a więc w przypadku terenów sfałdowanych okresy inwersji, na terenach platformowych okresy epejrogenicznego wznoszenia. Należy pamiętać, że zapoczątkowanie uskoku może nastąpić na pewnej głębokości, potem może nastąpić jego propagacja w stronę powierzchni i w głąb.

Uskoki normalne należą do uskoków ekstensyjnych - ich powstawaniu towarzyszy poszerzanie się ośrodka w kierunku prostopadłym do ich biegu. Jeśli poszerzanie nie jest zagwarantowane przez zewnętrzne rozciąganie, musi ono zostać skompensowane na różne sposoby w sąsiedztwie uskoku. Łatwość poszerzania decyduje o zasięgu wgłębnym i amplitudzie ruchu.

Jeśli krzywizna powierzchni uskoku jest taka, że odcinek dolny zaczyna wyginać się ku górze i wychodzi na powierzchnię, problem kompensacji przestaje istnieć. Gdy krzywizna uskoku maleje w głąb, następuje rozsuwanie ścian na odcinku o większej krzywiźnie. Powstający niedobór masy jest kompensowany przez: utworzenie się uskoku przeciwstawnego - tworzy się rów tektoniczny; plastyczne ugięcie warstw skrzydła zrzuconego w kierunku przeciwnym niż przy zwykłym ciągnieniu - tzw. odwrotne ciągnienie. Powstają antykliny kompensacyjne.

3) 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;

4) Wymień i krótko scharakteryzuj główne typy spękań

• ze względu na stopień uporządkowania:

• spękania systematyczne - płaskie, ściśle równoległe, w wyrównanych odstępach, zachowujące ciągłość na znacznych obszarach

• spękania niesystematyczne - zakrzywione, o znacznym zróżnicowaniu kierunków, w zmiennych odstępach; utykają na spękaniach systematycznych

• ze względu na stosunek do biegu fałdów i/lub ułożenia warstw:

• spękania podłużne

• spękania poprzeczne

• spękania diagonalne (ukośne)

• spękania ławicowe - nie posiadają często natury spękaniowej, są one równoległe do uławicenia

• Typ I - spękania ekstensyjne. Ruch względny jest prostopadły do powierzchni spękania;

• Typ II - spękania ścięciowe. Ruch ślizgowy jest prostopadły do krawędzi spękania;

• Typ III - spękania ścięciowe. Ruch ślizgowy jest równoległy do krawędzi spękania;

• ze względu na naturę mechaniczną:

• spękania ekstensyjne

• spękania ścięciowe

• spękania hybrydowe - spękania sprzężone o kącie dwuściennym praktycznie 0<2θ<45°; pojawiają się na granicy ekstensji i kompresji

5)Na czym polega skrócenie fałdowe?

skrócenie fałdowe - jego wartość rośnie, gdy kąt zbieżności Δ maleje. Gdy Δ = 0, możliwe jest jeszcze plastyczne wyciskanie materiału zwłaszcza z jąder antyklin, co pozwala na dalsze skracanie. Do oceny stopnia krócenia wykorzystuje się stosunek wysokości fałdu (w) do jego promienia (p), co jest podstawą do wyróżniania fałdów szeroko-, średnio- i wąsko promiennych.

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

Zestaw 25

1) Scharakteryzuj główne modele reologiczne odkształcania skał

Modele reologiczne dążą do wyodrębnienia poszczególnych elementów procesu odkształceniowego, ale żaden z nich nie odzwierciedla zadowalająco deformacji wszystkich ciał we wszystkich warunkach. Trzy podstawowe modele obrazują 3 podstawowe własności reologiczne skał: sprężystość, lepkość i plastyczność:

Wykresy przedstawiają zachowanie się ciał elementarnych pod długotrwałym obciążeniem o stałej wartości lub pod krótkotrwałym obciążeniem o wartości rosnącej. Odkształcenie sprężyste (ciało Hooke'a) jest natychmiastowe, a odkształcenie cieczy doskonale lepkiej (ciało Newtona) i ciała doskonale plastycznego (ciało St. Venanta) pod stałym obciążeniem przebiega ze stałą prędkością, z tym, że odkształcenie lepkie rozpoczyna się po przyłożeniu jakiegokolwiek obciążenia, a odkształcenie plastyczne wymaga pokonania przez obciążenie siły tarcia, odpowiadającej granicy plastyczności.

Modele elementarne obrazują w przybliżeniu jedynie fragmenty procesu odkształcenia. Aby scharakteryzować poszczególne ciała rzeczywiste, stosuje się łączenie elementarnych modeli reologicznych szeregowo lub równolegle.

2) Omów kryteria mezostrukturalne rozpoznawania uskoków

1. Struktury ślizgowe - na nie składają się:

1. lustro tektoniczne - powierzchnia wygładzona przez ruch przyuskokowe, pokryta różnego typu lineacjami ślizgowymi, równoległymi do kierunku przemieszczenia uskokowego, informująca o płaszczyźnie ruchu uskokowego; lineacje ślizgowe (tektoglify) dzielą się na:

• rysy ślizgowe - efekt wzajemnego oddziaływania erozyjnego nierówności powierzchni ślizgowych skrzydeł uskoku. Czasem występują na powłokach mineralnych pokrywających powierzchnie uskokowe. Informują o osi ruchu uskokowego;

• lineacje sekrecyjne - powłoka mineralna powstała wskutek synkinematycznej rekrystalizacji kwarcu lub kalcytu podczas powolnego, „pełzającego” ruchu uskokowego. Występują równoległe skupienia minerałów o pokroju włóknistym;

• zadziory tektoniczne - schodkowato ustawione nierówności w poprzek kierunku ruchu uskokowego. Informują o zwrocie ruchu uskokowego. Występują 3 główne kategorie zadziorów:

• z oderwania - oderwanie fragmentu powierzchni ślizgowej zachodzi najłatwiej przy kruchym zachowaniu się materiału, w poprzek żyłki mineralnej. Zadziory tektoniczne z oderwania są zwrócone stromą ścianką w stronę ruchu powierzchni przyległej. Najczęściej występują w ośrodku 3-warstwowym (np. skała-minerał-skała, skała-mączka uskokowa skała), w przypadku występowania spękań w kierunkach równoległym i obsekwentnym. Przy odrywaniu łatwo dochodzi do przemieszczenia materiału mineralnego, który krystalizuje w cieniach ciśnienia za nierównościami powierzchni ślizgowej już istniejącymi i tworzącymi się, a także w szczelinkach pierzastych;

• z wyorania, z wcięcia - powstają przy strukturze 2-warstwowej (skała-skała), w skale litej. Wyoranie wytwarza szerokie bruzdy, pogłębiające się zwykle w kierunku ruchu powierzchni przyległej, zakończone od tej stron stroszą ścianką, gdzie czasem zachowują się resztki narzędzia - ułatwione jest wtedy odczytanie zwrotu ruchu. Mechanizm wcinania znamionuje bardziej podatny stan uskokowanego materiału. W ośrodku 2-warstwowym tworzą się pojedyncze spękania Riedla R i R'. Po odsłonięciu powierzchni ślizgowej klin skalny nad spękaniem łatwo się wykrusza, pozostawiając zagłębienie zakończone stroma ścianką, często o półkolistym zarysie, zwróconym wypukłością w kierunku ruchu powierzchni przyległej;

• spękania dachówkowate - powstają po odsłonięciu powierzchni ślizgowej i wykruszeniu się klina skalnego nad spękaniami Riedla., zwrócone w kierunku ruchu skrzydła przyuskokowego;

• slikolity - formy bliskie stylolitom; spękania zagłębiające się w skałę pod dużym kątem;

• spękania przyuskokowe:

• spękania Riedla - składają się na nie spękania R (pojedyncze, płytkie, konsekwentne) i R' (spękania stromiej wcięte niż spękania R). Spękania kulisowe typu R często występują w układzie jednowarstwowym (uskok wytworzony w jednorodnej, nie spękanej skale) przy znacznej podatności. Przy bardziej kruchym zachowaniu powstają rozwarte spękania tensyjne T czasem wypełnione treścią mineralną, o sigmoidalnym zarysie w przekroju. zespół R oznacza koncentrację ścinania przyuskokowego w węższej strefie, zespół R' - ścinanie rozproszone w szerszym paśmie skały. Ruch wzdłuż powierzchni, na której występują spękania Riedla powoduje często wypełnienie spękań substancją mineralną - powstają odcinki żyłowe o wzorze domina;




• kliważ spękaniowy - powstaje w wyniku tworzenia się coraz bardziej stromych ścięć, co powoduje rotację płytek skalnych do pozycji obsekwentnej, Kliważ jest wyraźnie oddzielony od skały otaczającej powierzchniami nieciągłości, mały rozstęp spękań, powierzchnie płaskie lub nieco sigmoidalne. Podobne do kliważu są spękania P, ale spękania te łączą spękania R i R';

• szeregi ścięciowe - szeregi kulisowe utworzone w zarysowującej się strefie ścinania. Świadczą one o znacznej podatności procesu. Dalszy proces ścinania prowadzi do połączenia spękań powierzchnią poślizgu. Rozmiary spękań świadczą o szerokości strefy objętej wstępnym ścinaniem;

• szeregi ekstensyjne - rodzaj spękań kulisowych, charakteryzujący się niewielkim odchyleniem kątowym spękań od osi szeregu i ich niewielką „zakładką”. Są one rezultatem ekstensji nie całkiem prostopadłej do wcześniejszej powierzchni osłabienia. Mogą one zapowiadać rodząca się nieciągłość w poprzek osi szeregu;

• spękania Y - spękania mniej więcej równoległe do płaszczyzny ruchu, będące pomocniczymi powierzchniami poślizgu;

• Podgięcia przyuskokowe - powstają dzięki ciągnieniu przyuskokowemu w strefie plastycznej w jednym lub w obydwu skrzydłach uskoku, zwrócone zgodnie z działająca siłą tarcia. Mają zróżnicowane rozmiary;

• Fałdki ciągnione - kierunek ich asymetrii wskazuje na zwrot ruchu wzdłuż uskoku;

• slikolity - przejaw rozpuszczania pod ciśnieniem; forma bliższa stylolitom, penetrująca skałę pod dużym kątem; w odróżnieniu od stylolitów powstają przy udziale tarcia, nie posiadają powłoki rezydualnej

3) Co to są stopnie rampowe?

stopień rampowy - powierzchnia, wzdłuż której dokonuje się dźwiganie powierzchni nasunięcia ku powierzchni terenu. Najczęściej stopień rampowy stanowi uskok odwrócony, powstały na granicy kontaktu litologicznego warstw o różnych własnościach fizycznych. Zazwyczaj występuje kilka stopni rampowych, które w wyniku nacisku poziomego nasunięcia łączą się połogą powierzchnią poślizgu. Po odkłuciu następuje poziomy ruch odkłutego fragmentu, a następnie po natrafieniu na kolejny stopień rampowy następuje zmiana kierunku ruchu z poziomego na ruch ku powierzchni. Powstanie stopni rampowych jest więc początkowym stadium rozwoju dupleksów.

4) Jak można określić gęstość spękań?

Rozróżnia się:

• gęstość powierzchniową G_s:

G_s = Σl_t/S

Σl_t - suma długości śladów wszystkich spękań na badanej powierzchni S.

W badaniach terenowych określa się gęstość powierzchniową, która zależy od stosunku orientacji spękań do orientacji powierzchni, na której są mierzone ślady.

• gęstość objętościową G_v:

G_v = Σs/V

Σs - suma pola powierzchni wszystkich spękań w obrębie badanej części masywu, V - objętość badanej części masywu.

Gęstość objętościowa spękań jest właściwą miarą intensywności spękań, którą możemy obliczyć, gdy dysponujemy przestrzennym obrazem wszystkich spękań na powierzchniach ograniczających analizowaną część masywu. Taka sytuacja jest rzadko spotykana, więc najczęściej stara się o jak najlepsze przybliżenie analizy gęstości powierzchniowej na różnie zorientowanych powierzchniach do gęstości objętościowej. Można to uzyskać dzięki znajomości orientacji spękań i wykorzystując relacje trygonometryczne między ich stosunkiem do powierzchni obserwacji a relacją rozstępu pozornego do rzeczywistego.

Opracowano także metody określania gęstości spękań w rdzeniach wiertniczych, ale najbardziej zawodzą one przy równoległej orientacji osi otworu do spękań (np. warstwy poziome przecięte pionowymi spękaniami).

Miarą względnej gęstości jakiegoś zespołu równoległych spękań ciosowych jest średni rozstęp tych spękań R' - ich liczba x na prostopadły do nich jednostkowy odcinek pomiarowy: R' = 1/x

Niekiedy potrzebujemy gęstości kilku zespołów spękań, dlatego wtedy tworzy się fikcyjny zbiorczy zespół złożony z sumy spękań wszystkich zespołów - jest to średni sumaryczny rozstęp spękań R'_s:




a…n - średnie rozstępy spękań w poszczególnych zespołach.

Zależność rozstępu spękań od miąższości warstw jest wykładnicza: G = a*M^b

G - gęstość spękań, M - miąższość ławicy, a i b - indywidualne współczynniki.

Dla stworzenia możliwości porównywania spękań wprowadzono porównawczy miąższościowy wskaźnik gęstości spękań V_c, znajdowany przez sprowadzenie realnie stwierdzonego miąższościowego wskaźnika spękań V_d do fikcyjnie przyjętej ławicy porównawczej o miąższości arbitralnie przyjętej, korzystając z wykresów zmienności V_d(M).

5) Wymień główne elementy fałdów i scharakteryzuj ich parametry geometryczne

• jądro - część wewnętrzna fałdu,

• skrzydła fałdu - elementy otaczające jądro z dwóch stron,

• przegub - odcinek sfałdowanej warstwy o największej krzywiźnie; zwykle wiąże dwa skrzydła fałdu; czasem jest niemożliwy do wyróżnienia, czasem antyklina i synklina ma 2 przeguby,

• strefa przegubowa - zbiór przegubów fałdu we wszystkich warstwach,

• oś - linia biegnąca wzdłuż przegubu w połowie jego szerokości; tylko w szczególnym przypadku ujawnia się na powierzchni - w innych wypadkach występuje linia osiowa - ślad przecięcia się powierzchni osiowej z powierzchnią terenu,

• projekcja osiowa - rzut rzeczywistej osi fałdu na powierzchnię terenu lub mapy,

• undulacje - wygięcia osi fałdu w górę lub w dół, poza którymi oś wraca do poprzedniego położenia,

• elewacja - undulacja skierowana w górę,

• depresja - undulacja skierowana w dół,

• powierzchnia osiowa - powierzchnia łącząca osie fałdu w poszczególnych ławicach,

• linia grzbietowa - powstaje przez połączenie najwyższych punktów powierzchni stropowej którejś z ławic antykliny; pokrywa się z powierzchnią osiową tylko w niektórych fałdach stojących i pochylonych o ostrym przegubie,

• grzbiet - strefa ciągnąca się wzdłuż linii grzbietowej,

• powierzchni grzbietowa - łączy linie grzbietowe w poszczególnych ławicach,

• linia denna - powstaje przez połączenie najniższych punktów powierzchni spągowej którejś z ławic synkliny; pokrywa się z powierzchnią osiową tylko w niektórych fałdach stojących i pochylonych o ostrym przegubie,

• dno - strefa ciągnąca się wzdłuż linii dennej,

• powierzchnia denna - łączy linie denne w poszczególnych ławicach,




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

Zestaw 26

1) Zdefiniuj pojęcie tensora

tensor - zbiór 9 składowych naprężenia (tensor naprężeń) lub odkształcenia (tensor odkształceń) w danym punkcie ciała. Tensor naprężeń składa się z naprężeń głównych i stycznych:



σ_x τ_xy τ_xz
τ_yx σ_y τ_yz
τ_zx τ_zy σ_y




Gdy sześcian się nie obraca, to naprężenia styczne redukują się: τ_xy = τ_yx, τ_xz = τ_zx, τ_yz = τ_zy. Gdy krawędzie sześcianu pokrywają się z osiami układu współrzędnych, to składowe styczne redukują się do 0. Płaszczyzny główne - płaszczyzny, w poprzek których działają tylko naprężenia normalne, wzdłuż których naprężenia styczne są równe 0. Naprężenia działające prostopadle do tych płaszczyzn to główne naprężenia normalne, przy czym oznacza się je jako σ₁, σ₂ i σ₃, σ₁≥ σ₂≥ σ₃. Odkształcenia są nierozerwalnie złączone z naprężeniami - przyjmuje się, że są one skutkiem działania naprężeń, więc można je opisać tensorem. Odkształcenia główne to e₁, e₂ i e₃, przy czym e₁≥e₂≥e₃. Analogicznie do naprężeń ścięciowych występują odkształcenia ścięciowe, które są charakteryzowane przez kąt odkształcenia postaciowego γ. Podobnie jak sumaryczny charakter naprężeń to stan naprężenia, tak sumaryczny stan odkształceń to stan odkształcenia. Skrócenie przy odkształceniu oznacza się znakiem `-`, a wydłużenie `+'.

2) Wymień i scharakteryzuj struktury towarzyszące zakończeniom uskoków przesuwczych

• ugięcia otwierające i zamykające - przy poziomym ruchu skrzydeł uskoku wzdłuż nieregularnej w planie linii uskoku mogą lokalnie tworzyć się baseny międzyprzesuwcze - pull apart basins (w wyniku rozbieżnego ruchu skrzydeł uskoku - transtensji) o kształcie romboidalnym lub soczewkowatym, lub wypiętrzenia międzyprzesuwcze (gdy ruch skrzydeł jest zbieżny - transpresja);




• struktury typu końskiego ogona jedno- i dwustronne - pęk podrzędnych uskoków kulisowych normalnych lub przesuwczych na zakończeniach uskoków przesuwczych, układających się w charakterystyczny wzór; w przekroju powodują one powstawanie łusek;

• spękania Riedla (R i R') - spękania przyuskokowe, powstające w strefie ścinania, w układzie dwuwarstwowym skała-skała, rozdzielone wcześniejszą powierzchnią nieciągłości, przy zachowaniu podatnym ośrodka. Spękania typu R to pojedyncze, konsekwentnie ułożone szczeliny, płytko zagłębiające się w skałę. spękania R' występują rzadziej - są to ścięcia stromiej wcięte niż spękania R. Spękania R i R' występują raczej oddzielnie. Zespół R powstaje przy koncentracji ścinania przyuskokowego w węższej strefie, zespół R' - przy ścinaniu rozproszonym w szerszym paśmie skały.




• spękania typu P - obsekwentne spękania, które nie występują w większych seriach, lecz częściej łączą spękania typu R i R'. Czasem następuje poślizg wzdłuż spękań P, co powoduje otwieranie się spękań Riedla;

• spękania typu Y - spękania mniej więcej równoległe do głównej powierzchni poślizgu, stanowiące pomocnicze powierzchnie poślizgu; w wyniku silnego rozwoju tych spękań uskok przybiera formę szerokiej strefy ścinania;

3) Wymień znane Ci typy sekwencji powstawania nasunięć

• nasunięcia sekwencyjne - nasunięcia o podobnej wergencji, powstające kolejno w tym samym kierunku. Wyróżnia się 2 typy sekwencji nasunięć:

• powstające kolejno w stronę przedgórza:




• powstające kolejno w stronę zagórza:




• nasunięcia pozasekwencyjne - wszystkie niesekwencyjne nasunięcia. Wyróżnia się wśród nich:

• starsze reaktywowane nasunięcia

• młodsze nasunięcia, tnące formy fałdowe uformowane wcześniej:




4) Wyjaśnij pojęcie ciosu katetalnego

Ciosem katetalnym nazywany zespół spękań, zachowujący prostopadłość do uławicenia w warstwach, które zostały wychylone z pierwotnego położenia. Informacja o katetalności jest bardzo istotna - pozwala określić relacje procesów ciosotwórczych i fałdowych (odnosi się to do spękań podłużnych i ukośnych). Otwarcie sieci spękań katetalnych następuje po fałdowaniu.

Czym odznaczają się fałdy cieniejące (supratenuous folds)?

fałdy cieniejące należą do klasy 1A i odznaczają się w klasyfikacji Ramsay'a tym, że krzywica ich ławic maleje na zewnątrz skrętów, a miąższość w przegubach maleje:




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

Zestaw 27

1) Omów główne typy naprężeń

• naprężenie - ogół sił wewnętrznych wywiązujących się w ciele stałym w rezultacie działania czynników dążących do odkształcenia ciała (działanie sił zewnętrznych, siły ciężkości, zmiany cieplne i przekształcenia substancjalne). Jest to wielkość tensorowa, którą można sobie wyobrazić jako całość sił działających na nieskończenie mały element

• naprężenia normalne - jeżeli wyobrazimy sobie, że nasz nieskończenie mały element ma kształt sześcianu, to naprężenia normalne działają prostopadle do ścian tego sześcianu. Oznacza się je jako σ_x, σ_y, σ_z lub jako σ₁, σ₂, σ₃, gdzie σ₁ > σ₂ > σ₃. Naprężenia główne mogą wynikać ze zbliżania się sąsiednich sześcianów elementarnych ku sobie - są to naprężenia kompresyjne, ściskające (oznaczane jako dodatnie) lub z ich oddalania się - naprężenia tensyjne, rozciągające(oznaczane jako ujemne).




• naprężenia styczne, ścinające - naprężenia działające wzdłuż ścian sześcianu, oznaczane symbolem τ. Naprężenia ścinające dążą do wzajemnego przesunięcia sześcianów elementarnych w płaszczyznach ich ścian, a jeżeli zaistnieje swoboda zmiany ustawienia elementów, niezrównoważone naprężenia styczne mogą spowodować rotację elementu.

2) Porównaj wygięcia otwierające (releasing bends) i zamykające (restraining bends)

Wygięcia otwierające	Wygięcia zamykające
Powstają w wyniku ekstensji	Powstają w wyniku kontrakcji
Uskoki normalne na obrzeżach	Uskoki inwersyjne na obrzeżach
Powstają baseny międzyprzesuwcze	Powstają wypiętrzenia międzyprzesuwcze
Powstają w miejscach zakrzywień linii uskoku przesuwczego
Powstają przy zakończeniach uskoków przesuwczych

3) Jak można rozpoznać nasunięcia pozasekwencyjne?

Nasunięcia pozasekwencyjne tną warstwy w górę i w dół profilu - nasuwają więc skały młodsze na starsze lub starsze na młodsze. W utworach sfałdowanych nasunięcie pozasekwencyjne może przecinać obydwa skrzydła pojedynczego fałdu:




4) Podaj cechy kliważu spękaniowego

• gęste (odstępy do kilkunastu mm), równoległe powierzchnie spękań, nadające skale oddzielność łupkową,

• od łupkowatości odróżnia się tym, że jest widoczny w postaci konkretnych powierzchni przed podziałem skały

• dla stwierdzenia kliważu nie trzeba uderzać w skałę młotkiem

• terminu „kliważ” nie stosuje się do powierzchni nieciągłości równoległych do pierwotnej budowy warstwowej

• kliważ spękaniowy występuje w takiej samej postaci we wszystkich skałach

• kliważ spękaniowy w fałdach jest zawsze zwrócony ku przegubowi antyklinalnemu

• może rozwijać się w stromych skrzydłach fałdów pod trwającym naciskiem bocznym lub przy powierzchniach poślizgu połogich, ale pod dużym ciśnieniem nadkładu

5) Scharakteryzuj fałdy koncentryczne

fałdy koncentryczne - krzywizny ławic maja wspólne centrum (niekoniecznie w znaczeniu ściśle geometrycznym). Krzywizny maleją od centrum ku zewnętrznej stronie fałdów. Miąższość ławic jest mniej więcej stała.




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

Zestaw 28

1) Zdefiniuj pojęcie odkształcenia i podaj stosowne przykłady

odkształcenie (deformacja) - zmiana kształtu (odkształcenie postaciowe) lub objętości (odkształcenie objętościowe) lub jednocześnie kształtu i objętości. Każde odkształcenie wymaga zmiany wzajemnego ustawienia cząstek elementarnych, co pociąga za sobą powstawanie naprężeń. Naprężenia traktuje się jako przyczynę powstawania odkształceń, ale wywiązywanie się naprężeń jest nieodłączne z powstawaniem odkształceń. Podobnie jak naprężenia można scharakteryzować tensorem, tak też jest z odkształceniami. Odkształcenia główne są związane z działaniem głównych naprężeń normalnych. Wydłużenie oznacza się znakiem `+', a skrócenie `-`. Osie odkształceń zwykle pokrywają się z osiami naprężeń, przy czym zazwyczaj największemu naprężeniu odpowiada skrócenie, a najmniejszemu - wydłużenie. Oprócz tensora odkształceń głównych e₁, e₂, e₃ występują odkształcenia ścięciowe, których miarą jest kąt γ, charakteryzujący stopień odkształcenia postaciowego do czasu, gdy dojdzie do ścięcia:




Sumaryczny charakter odkształceń = stan odkształcenia. Odkształcenia postaciowe prowadzą do powstania struktur ciągłych, np. fałdów, a także do zniszczenia skały, ale nie zawsze - wtedy powstają struktury nieciągłe: uskoki, spękania, kataklaza.

2) Scharakteryzuj czynniki wpływające na rozwój i kształt zapadlisk międzyprzesuwczych (pull-apart)

Zapadliska międzyprzesuwcze to zapadliska powstające w wyniku wydłużania kompensacyjnego: ekstensji i uskokowania normalnego między dwoma równoległymi uskokami przesuwczymi w miejscu występowania tzw. wygięcia otwierającego:




Wygięcie otwierające może powstać na granicy ośrodków skalnych o różnych własnościach. Na granicy zapadliska międzyprzesuwczego występują uskoki normalne. Wewnątrz zapadliska występuje subsydencja, często też zapadlisko takie jest wypełnione wodą i zawiera jedno lub dwa depocentra. Zapadliska międzyprzesuwcze mogą powstawać wskutek łączenia się spękań typu R i R', które łącząc się ze sobą tworzą zapadlisko.

3) Wymień i krótko scharakteryzuj główne typy struktur nasunięciowych

• struktury imbrykacyjne - seria nasunięć o wergencji skierowanej w stronę przedpola orogenu; dominującą rolę odgrywa spiętrzenie frontalne. Przykład: góry Zagros

• dupleksy kontrakcyjne i ekstensyjne - szereg nasunięć, ograniczonych od siebie dwoma powierzchniami poślizgu. Mają one esowaty kształt w przekroju. Dupleksy zapadające w stronę zagórza to dupleksy kontrakcyjne, oddzielone od siebie uskokami normalnymi, a zapadające w stronę przedgórza - dupleksy ekstensyjne. Klasyczne dupleksy rozwijają się między nasunięciem stropowym a spągowym

• dupleksy o pasywnym stropie - zajmują często wewnętrzną część strefy trójkątnej. Nadkład tworzącego się dupleksu nie jest transportowany nasuwczo razem z dupleksem - stropowa część dupleksu uzyskuje wsteczny zwrot przemieszczenia i staje się wstecznym nasunięciem frontalnym:




• strefa trójkątna - strefa o kształcie przypominającym w przekroju trójkąt, od dołu ograniczona połogą powierzchnią odkłucia, od góry dwoma przeciwnie zapadającymi pwierzchniami nasunięć o przeciwnych zwrotach przemieszczeń nasuwczych. Strefy trójkątne posiadają jedną lub dwie strefy odkłucia. (można zrobić uproszczony rysunek).

• nasunięcia sekwencyjne - nasunięcia o podobnej wergencji, powstające kolejno w tym samym kierunku. Wyróżnia się 2 typy sekwencji nasunięć:

• powstające kolejno w stronę przedgórza:




• powstające kolejno w stronę zagórza:




• nasunięcia pozasekwencyjne - wszystkie niesekwencyjne nasunięcia. Wyróżnia się wśród nich:

• starsze reaktywowane nasunięcia

• młodsze nasunięcia, tnące formy fałdowe uformowane wcześniej:




4) Czym odznaczają się spękania przewodnie

Większość spękań nie przechodzi do sąsiednich ławic, lecz zamyka się w obrębie jednej. Czasem przecinają jedynie sąsiednie ławice jednorodne litologicznie. Zdarzają się jednak spękania o znacznym zasięgu głębokościowym, niekatetalne, przecinające wiele ławic, o dużej rozciągłości., zwykle płaskie i gładkie. Są to spękania przewodnie

5) Podaj przykłady fałdów rozwijalnych.

• fałdy cylindryczne - powierzchnie ławic stanowią powierzchnie walcowe dające się odwzorować przez ruch tworzącej,

• fałdy niecylindryczne: stożkowe, będące produktem najczęściej transformacji fałdów cylindrycznych na zakończeniach, w odcinkach ondulacyjnych; fałdy torsjalne;




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

Zestaw 29

1) Wymień i krótko scharakteryzuj główne typy spękań.

a)ze względu na stopień uporządkowania:

-spękania systematyczne - płaskie, ściśle równoległe, w wyrównanych odstępach, zachowujące ciągłość na znacznych obszarach

-spękania niesystematyczne - zakrzywione, o znacznym zróżnicowaniu kierunków, w zmiennych odstępach; utykają na spękaniach systematycznych

b)ze względu na stosunek do biegu fałdów i/lub ułożenia warstw:

-spękania podłużne

-spękania poprzeczne

-spękania diagonalne (ukośne)

-spękania ławicowe - nie posiadają często natury spękaniowej, są one równoległe do uławicenia

*Typ I - spękania ekstensyjne. Ruch względny jest prostopadły do powierzchni spękania;

*Typ II - spękania ścięciowe. Ruch ślizgowy jest prostopadły do krawędzi spękania;

*Typ III - spękania ścięciowe. Ruch ślizgowy jest równoległy do krawędzi spękania;
c)ze względu na naturę mechaniczną:

-spękania ekstensyjne

-spękania ścięciowe

-spękania hybrydowe - spękania sprzężone o kącie dwuściennym praktycznie 0<2θ<45°; pojawiają się na granicy ekstensji i kompresji

2)Czym odznaczają się spękania skrzydlaste (wing cracks)?

Spękania pierzaste należą do spękań przyuskokowych. Ich charakterystyczną cechą jest ich konsekwentne ustawienie względem zwrotu przemieszczenia oraz rozciągłość śladów na powierzchni ruchu prostopadła do osi ruchu. Takie ustawienie wykazują spękania Riedla typu R i R', przy czym zespół R oznacza koncentrację ścinania przyuskokowego w węższej strefie, zespół R' - ścinanie rozproszone w szerszej strefie skały.







3) Czym odznaczają się fałdy futerałowe?

Fałdy futerałowe powstają w stadium najwyższej plastyczności, w materiale zbliżonym do cieczy newtonowskiej. Cechują się szybką lateralna zmiennością struktur deformacyjnych, skrajną dysharmonią wewnętrzną, brakiem stałej organizacji kierunkowej i utrzymujących się prawidłowości stylu, a także skrajnym stopniem odchylenia od cylindryczności. Z reguły najczęściej są spotykane w wysadach solnych.




4) Scharakteryzuj główne reżimy deformacji uskokowej

• proste ściskanie - elipsoida naprężeń posiada oś σ₁ poziomą, σ₂≈σ₃ pionowe. Jednostronny aktywny nacisk oznacza, że niezrównoważony bilans sił oddziaływujących u krańców rozpatrywanego wycinka jest równoważony przez siły tarcia u podstawy odcinka. Do powstania uskoków kontrakcyjnych niezbędne jest pokonanie sił tarcia i powstanie odkłucia u podstawy rozpatrywanego fragmentu, czyli pokonanie sił tarcia przez naprężenia ścinające. Siatka skrajnych naprężeń głównych musi ulec skręceniu wokół osi σ₂, która jest pozioma. Skręcenie trajektorii σ1 i σ3 pociąga za sobą ewolucję uskoków, które staja się „nienormalnie” połogie lub strome. Pod wpływem zwykłych nacisków poziomych, zwłaszcza w głębszych strefach poddanych kompresji, powstają bardzo połogie uskoki odwrócone i nasunięcia. Warunki I typu sprzyjają powstawaniu dużych nasunięć - im większa amplituda ruchu połogich uskoków odwróconych, tym bardziej listryczną formę przybierają w przekroju;

• ekstensja pozioma - oś σ₁ jest pionowa, σ₂≈σ₃ poziome w elipsoidzie odkształceń. W niewielkim obszarze prosta ekstensja może wywołać powstanie sprzężonych systemów uskoków normalnych. Wielkoskalowa ekstensja jest związana z odkłuciem u podstawy rozciąganego odcinka. Przy skręceniu siatki naprężeń dominuje nachylenie uskoków w jednym kierunku, najczęściej zgodnym z kierunkiem regionalnego transportu tektonicznego. Znajdujące się pomiędzy uskokami bloki międzyuskokowe doznają rotacji, a między tymi blokami zachodzi wzajemny poślizg normalny, co zwiększa rozmiary ekstensji i powoduje powstanie struktur typu domino. Uskoki normalne mają profil szuflowaty, z długim odcinkiem poziomym. W skrajnym przypadku uskoki mogą osiągnąć położenie poziome, łącznie z blokami, co może wywołać izostatyczne ruchy. Ekstensja występuje głównie na pasywnych granicach kontynentów oraz w strefach ryftowych;

• tektonika ucieczkowa - 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.

• tektonika przesuwcza - oznacza poziomą orientację σ₁ i pionową naprężeń σ₂. W związku z tym uskoki przesuwcze mają zazwyczaj większy zasięg wgłębny niż uskoki normalne. Często uskoki przesuwcze o zasięgu megaregionalnym to strefy ruchu założone w innych warunkach niż obecnie lub wytyczone przez głębokie rozłamy litosferyczne. Uskoki przesuwcze należą w większości do uskoków ekstensyjnych. Uskoki przesuwcze powstają w okresach skracania tektonicznego. W cyklu diastroficznym uskoki przesuwcze sytuują się pomiędzy nieco wcześniej powstałymi uskokami inwersyjnymi, a późniejszymi uskokami normalnymi.

5) Porównaj odkształcenia jednorodne i niejednorodne

• odkształcenie niejednorodne - linie pierwotnie proste stają się krzywe, linie pierwotnie równoległe tracą swą równoległość, parametry kątowe i liczbowe charakteryzujące wielkość odkształcenia wzdłuż jakiegokolwiek kierunku są zmienne, a więc odkształcenie w różnych punktach ciała jest różne. W tym przypadku należy określić tzw. domeny jednorodne, czyli odcinki badanego obszaru, które z punktu widzenia określonych cech można traktować jako całość. Po określeniu poszczególnych domen można dokonywać ich stopniowej integracji, czyli uogólniać stwierdzenia na coraz szerszy obszar, ponieważ pomiędzy niektórymi domenami istnieje bliskie pokrewieństwo. Wpływ na przebieg odkształceń mają m.in. niejednorodność litologiczna, anizotropowość.

• odkształcenie jednorodne - linie pierwotnie proste pozostają prostymi, linie pierwotnie równoległe pozostają równoległe, natomiast zmieniają się tylko wartości liczbowe i kątowe




---