GEOLOGIA STRUKTURALNA A TEKTONIKA
Geologia strukturalna wchodzi w skład tektoniki czyli nauki o budowie skorupy ziemskiej i procesach na nią wpływających. Geologia strukturalna ma na celu opisać i sklasyfikować struktury tektoniczne mniejszych rozmiarów w skali mezo i mikro. W przeciwieństwie do tektoniki bada tylko mały fragment struktury by wnioskować o całości. W ten sposób umożliwia odtworzenie przyczyn deformacji. Metody te stosuje się w najróżniejszych działach tektoniki po glacitektonikę i neotektonikę
CZYM ZAJMUJE SIĘ ANALIZA MEZOSTRUKTURALNA
Podstawą jest analiza drobnych struktur tektonicznych – mezostruktur. Skala zawiera się od małych kilkucentymetrowych okazów do kilkunastometrowych ścian skalnych kamieniołomów. Przykłady mezostruktur: uskoki fałdy, rysy tektoniczne, spękania ciosowe, kliważ spękaniowy, lustra tektoniczne.
CELE GEOLOGII STRUKTURALNEJ
Celem badań jest odtwarzanie geometrii struktur różnego rzędu wielkości zwłaszcza nadrzędnych niedostępnych do obserwacji gołym okiem z powodu wielkości lub zakrycia terenu. Odtwarzanie warunków deformacji, mechanizmu deformacji, rekonstrukcja układu naprężeń, kierunków transportu tektonicznego i pochodzenia sił, określanie czasu i następstwa zdarzeń tektonicznych.
RODZAJE SKAŁ
Ze względu na właściwości mechaniczne w warunkach panujących na powierzchni ziemi dzielimy skały na: zwięzłe /sypkie, izotropowe/anizotropowe, plastyczne/kruche.
ZACHOWANIA (WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE) SKAŁ
Właściwości mechaniczne skał drastycznie się zmieniają w zależności od ciśnienia, temperatury i czasu dlatego lepiej mówić nie o rodzajach skał a o ich zachowaniach w danych warunkach. Analizując te zachowania można oszacować właściwości skał: Podatność (wartość możliwych odkształceń ciągłych skał) Sprężystość ( zdolność do odkształceń odwracalnych) Lepkość (tarcie wewnętrzne) – pojawienie się w cieczach naprężeń ścinających (tarcia wewnętrznego) zależnych od przyłożonej siły i stosowny do tego wzrost odkształceń. Plastyczność (w sensie potocznym : łatwość do ciągłych odkształceń trwałych.) Płynność (odkształcenie trwałe nie doprowadzające do zniszczenia (przerwania ciągłości) skały. Zdolność do płynięcia to właściwość skał o b. wysokiej podatności).
ODKSZTAŁCENIA POSTACIOWE I OBJĘTOŚCIOWE PODATNE I KRUCHE.
Odkształcenie postaciowe jest związane jest ze zmianą kątów a odkształcenie objętościowe jest miarą zmiany objętości ciała.
Skały podatne na odkształcenia nie pękają tylko odkształcają się plastycznie. Skały półkruche częściowo wykazują system spękań a częściowo odkształcają się plastycznie. Skały kruche nie odkształcają się plastycznie tylko widocznie pękają.
ODKSZTAŁCENIA JEDNORODNE I NIEJEDNORODNE ODWRACALNE I NIEODWRACALNE.
Deformacje rozpatrywane w analizie strukturalnej mogą być homogeniczne lub nie. W deformacjach homogenicznych proste równoległe po odkształceniu nadal takie pozostają. Są to jednocześnie deformacje postaciowe i nieodwracalne. W pełni odwracalne jest tylko odkształcenie sprężyste. W przypadku odkształceń heterogenicznych prosta nie będzie już prostą a kwadrat przechodzi w romb.
NAPRĘŻENIA I STYCZNE (ŚCINAJĄCE)
Naprężenia normalne działają prostopadle do powierzchni natomiast naprężenia ścinające są styczne do powierzchni.
DEFINICJA I PRZYKŁADY DEFORMACJI CIĄGŁYCH I NIECIĄGŁYCH
Deformacje ciągłe są to deformacje które nie przerywają ciągłości struktur, np. fałdy, a deformacje nieciągłe przerywają ciągłość struktur np. uskoki, spękania szczeliny nasunięcia. Można wyróżnić także odkształcenia pośrednie np. fleksury.
RODZAJE NAPRĘŻEŃ
Naprężenie to siła działająca na jednostkę powierzchni, a jej miają jest ciśnienie w Pa lub MPa. Jeśli wszystkie naprężenia są wyrównane to działa tzw. układ hydrostatyczny. Rodzaje spękań: KOMPRESJA (ściskanie jedno lub trójosiowe) TENSJA/EKSTENSJA, ŚCINANIE, ZAGINANIE, SKRĘCANIE.
RÓZNICA MIĘDZY TENSJĄ A EKSTENSJĄ
Tensja i ekstensja są przykładem na możliwość wieloznacznej interpretacji układów naprężeń prowadzonej wstecz od deformacji. Tensja to rozciąganie, rozrywanie. W skorupie ziemskiej często trudno ją zrealizować. Ekstensja jest deformacją polegającą na poszerzaniu ośrodka skalnego ale zachodząca w polu trójosiowej normalno-grawitacyjnej kompresji. Często trudno jest rozstrzygnąć jakie naprężenia doprowadziły do powstania danych spękań dlatego też tensja i ekstensja często traktowane są zamiennie.
WPŁYW TEMPERATURY NA ZACHOWANIE SKAŁ PODCZAS DEFORMACJI.
Rola przyrostu temperatury rośnie wraz z głębokością. Przyrost ten zwiększa zazwyczaj podatność, ale obniża granice plastyczności i wytrzymałość, a także powoduje spłaszczenie się krzywych G/E.
Dla większości skał osadowych na głębokości 15km odkształcenia są w pełni podatne natomiast skały krystaliczne mogą w tych warunkach zachowywać się jeszcze jak kruche.
WPŁYW CIŚNIENIA NA ZACHOWANIE SKAŁ PODCZAS DEFORMACJI.
W przypadku skał osadowych wzrost ciśnienia wpływa na wzrost podatności i wytrzymałości. Skały o drobniejszym ziarnie mają zwykle wyższą wytrzymałość i wyższe granice sprężystości i plastyczności. Podatnego zachowania skał można oczekiwać już na głębokościach kilku km. Podatność różnych typów skał wykazuje różną wrażliwość na ciśnienie otaczające.
TYPOWE STANY NAPRĘŻEŃ W SKORUPIE ZIEMSKIEJ ZALEŻNIE OD GŁĘBOKOŚCI.
Przy powierzchni terenu w obszarze asejsmicznym dominuje składowa grawitacyjna układu naprężeń (G1 – pionowa). W obszarze aktywnym tektonicznie zarówno przy powierzchni terenu jak i w głębi dominuje składowa pozioma nad grawitacyjną (G1- pozioma). Na bardzo dużych głębokościach panuje układ hydrostatyczny.
MECHANIZMY POWSTAWANIA SPĘKAŃ.
Mechanizm: I – rozwieranie, ekstensja odpowiada za spękania ciosowe i inne podobne do ciosu (złom rozdzielczy); II –po polsku ścinanie lub poślizg,
III – dosłownie rozdzieranie, to też ścinanie (para sił) ale skierowanych poprzecznie do kierunku propagacji (rozwoju) spękania; IV – zamykanie – mechanizm wyróżniony ostatnio dla stylolitów
KOMPLEMENTARNE POWIERZCHNIE ŚCIĘĆ POWSTAŁE PRZY ŚCISKANIU TRÓJOSIOWYM
Z teoretycznego punktu widzenia w trójosiowym układzie napreżeń maja prawo powstać dwie powierzchnie ścięć, zorientowane pod kątem 45 względem osi naprężenia największego G1. Od tego teoretycznego położenia są odchylone w związku z istnieniem tarcia wewnętrznego. Także dwie powierzchnie ścięć powstałem w tym samym czasie i w tym samym polu naprężeń to ścięcia komplementarne (Rysunek )
SPĘKANIA OPIERZAJĄCE.
W strefie ścinania występują spękania przy uskokowe. Najczęstsze są spękania opierzające P, konsekwentnie ustawione względem zwrotu przemieszczania i prostopadle do osi ruchu. W Warunkach kruchych częstsze są spękania tensyjne (Tau). Większa podatność ośrodka uskokowego sprzyja powstawaniu spękań ścięciowych R i R’. R jest w węższej strefie a R’ rozproszone w szerszym pasie skały. Spękania P zazwyczaj łączą odcinki R i R’. (rysunek)
DEF USKOKU OPARTA O KRYTERIA KINEMATYCZNE
Wskok to przesunięcie warstw skalnych wzdłuż pow. nieciągłości w którym przynajmniej jedna składowa wektora przesunięcia jest równoległa do tej powierzchni.
Ze względu na kierunek ruchu względem pow. nieciągłości wyróżniamy
-uskoki zrzutowe -ruch w pł pionowej
-uskoki przesuwcze -ruch w pł poziomej
-uskoki zrzutowo przesuwcze
SKAŁY USKOKOWE. W strefach ścinania uskoku powstają produkty niszczenia. Skały uskokowe bez kierunkowego ułożenia ziarn to brekcje i mączki skalne a głębiej kataklazyty. Przy dużym udziale naprężenia poprzecznego do powierzchni ślizgu powstaje równoległa do uskoku foliacja cechująca mylonity. Kataklazie i mylonityzacji towarzyszą zmiany fazowe (powstają nowe minerały)
USKOK POGRZEBANY. Uskoki pogrzebane stanowią typ uskoku, który swoim zasięgiem(płaszczyzny uskokowej) nie dochodzi do pow Ziemi. Czasem sięga do pokrywy czwartorzędowej, a w dół kontynuuje się dość głęboko. Ma różne kształty. Jest częstym źródłem gazu oraz procesów sejsmicznych.
SKRZYDŁO STROPOWE I SKRZYDŁO SPĄGOWE- ZASTOSOWANIE TERMINÓW
Skrzydło stropowe i spągowe określamy na podstawie położenia względem powierzchni uskokowej -skrzydło stropowe znajduje się nad pow. uskokową a skrzydło spągowe pod. Terminy te stosuje się zawsze gdy brak jest dowodów na kierunek z rzutu nie tylko w górnictwie ale też w odsłonięciach powierzchniowych
Mechanizmy kompensacji objętości przy wklęsłym zrzutowym uskoku listrycznym.
Duże głęboko zakorzenione uskoki listryczne sięgają stropu niższej, podatnej części skorupy, a nawet do stropu płaszcza (w strefach ryftowych) Wzdłuż powierzchni dokonuje się odkłucie. W płytszej części skorupy rolę pow. odkłucia spełnia strop soli lub iłów z gipsami .
Struktury kompensujące nadmiar i brak objętości w strefach uskoków przesuwczych.
Kompensacja czołowa i tylna ujawnia się przy zakończeniu uskoków. W tych miejscach może nastąpić sfałdowanie, nasunięcie lub seria uskoków odwróconych (listrycznych)-struktury kwiatowe. Wydłużanie kompensacyjne dokonuje się przez uskokowanie normalne, co prowadzi do powstawania zapadlisk międzyprzesuwczych-baseny typu pull-apart. Jeśli ruch wzdłuż uskoków przesuwczych ma charakter przeciwbieżny tworzą się wypiętrzenia międzyprzesuwcze. Struktury tensyjne i kompresyjne mogą występować wzdłuż linii uskokowej na przemian w skutek nieregularnego przebiegu linii uskoku
Różnica między nasunięciem a płaszczowiną.
Nasunięcie jest to przesunięcie mas skalnych wzdłuż połogiej powierzchni. Jeżeli przemieszczenie jest na znacząco duże odległości (do ponad 200km) nasunięcie zwane jest płaszczowiną (skala regionalna). Płaszczowiny są też bardziej sfałdowanie i mają większe rozmiary.
W OBRĘBIE JAKICH SKAŁ DOCHODZI DO ODKŁUCIA?
Najczęściej do odkłucia dochodzi na granicy twardych skał klastycznych lub magmowych z osadami mułowcowo-ilastymi lub łupkami. Do skał podatnych mogą też należeć sole, gipsy i utwory zawodnione
ALLOCHTON, AUTOCHTON, OKNO TEKTONICZNE I CZAPKA TEKTONICZNA.
Ciało płaszczowiny buduje allochton, który cechuje odmienność facjalna i stratygraficzna w stosunku do nieprzemieszczonego podłoża-autochtonu. Okno tektoniczne to odsłonięcie starszych skał podłoża po rozcięciu erozyjnym płaszczowiny, czapka tektoniczna to pozostawiony po erozji płaszczowiny izolowany ostaniec masy allochtonicznej (młodszej).
DUPLEKS-CO TO JEST I JEGO STARY POLSKI ODPOWIEDNIK.
Dupleks to ciało nasunięte, rozbite w trakcie ruchu na szereg wąskich bloków (horses) rozdzielonych pow. poślizgu. W starej polskiej terminologii bryła typu horse odpowiada pojęciu łuski. Starsze dupleksy leżą na młodszych. Najpierw następuje odkłucie, a potem starsze warstwy wjeżdżają na młodsze. Dupleksy mogą być kontrakcyjne, ekstensyjne lub przesuwcze (powstają w każdym z trzech podstawowych reżimów naprężeń). Razem dupleksy ograniczone są dwoma uskokami izolującymi je od otoczenia.
RÓŻNICA MIĘDZY TEKTONIKĄ NASKÓRKOWĄ A SKORUPOWĄ + TYPY NASUNIĘĆ.
Tektonika naskórkowa obejmuje płytkie górne poziomy skorupy i jest związana z nasunięciem z odkłucia. Natomiast tektonika skorupowa sięga głębszych, dolnych poziomów skorupy, a nasunięcia są ze ścinania.
KTÓRE Z PŁASZCZOWIN TATRZAŃSKICH SĄ SKORUPOWE A KTÓRE NASKÓRKOWE?
płaszczowiny naskórkowe -płaszczowiny reglowe np. Kriżniańska
płaszczowiny skorupowe- płaszczowiny wierchowe np. Giewontu
CO OZNACZA „PIGGY BACK MECHANISM” I CO JEŹDZI ZGODNIE Z NIM?
Piggy back mechanism to inaczej jazda na barana. Starsze warstwy wjeżdżają na młodsze w postaci łusek i jadą dalej razem na sobie (jedna na drugiej). Na barana jeżdżą łuski, całe płaszczowiny, ale także szczątkowe baseny sedymentacyjne powstałe na nasuwających się płaszczowinach.
CECHY FAŁDÓW ZE ZGINANIA W SKAŁACH O ZMIENNEJ LITOLOGII I GRUBOŚCI ŁAWIC.
W pakietach zróżnicowanych litologicznie i miaższościowo, w ławicach podatnych występują fałdki ciągnione-zafałdowania niższego rzędu o wergencji zwróconej ku przegubowi antyformy. Umożliwia to określenie położenia najbliższego przegubu antyformy i synformy gdy nie jest on dostępny w odsłonięciach. W cienkich ławicach mniej podatnych mogą się tworzyć fałdki pasożytnicze. Zróżnicowana litologia i udział ławic grubych sprzyjają rozwojowi koncentrycznemu. Gdy warstwa mniej podatna znajduje się pomiędzy podatniejszymi pod wpływem kompresji tworzy się budinaż-bochenkowate formy. W fałdach ze zginania ławice zachowują mniej więcej swoją stałą miąższość
CECHY FAŁDÓW ZE ZGINANIA W CIENKOŁAWICOWYCH SKAŁACH O MONOTONNEJ LITOLOGII.
Monotonna litologia i gęste uławicenie sprzyjają rozwojowi symilarnemu- zmiany miąższości ograniczają się do przegubów. Powstają fałdy typu szewron (zygzakowate) Gdy zginanie odbywa się przy dużym ciśnieniu otaczającym, mogą powstać fałdki kolankowe. Tworzą się asymetryczne schodki lub skrzynki skupione w wąskich pasmach kolankowych. Są rozmiarów rzędu milimetrów i mają przeciwną wergencję niż fałdki ciągnione.
CO TO JEST POSUW FAŁDOWY? POWSTAWANIU JAKICH FAŁDÓW SPRZYJA?
Zjawisko posuwu fałdowego występuje w przypadku fałdów ze zginania. Polega na ślizganiu się ławic po sobie. Sprzyja powstawaniu fałdów koncentrycznych.
CO TO JEST BUDINAŻ?
Budinaż może występować przy fałdowaniu ze zginania i z płynięcia. Tworzy odspojone fragmenty skalne(budiny), powstałe poprzez pęknięcie ławicy mniej podatnej otoczonej ławicami bardziej podatnymi. Zachodzi przy zmianie wejściowego nachylenia ławicy lub jej opłaszczeniu.