Strukturgeologie Proseminar WS 2004/05 Mo 12.00 13.30 Teil 5
Lineare Gefüge-Elemente L-Tektonite b-lineare δ-lineare
Streckungslineare extremer L-Tektonit (Dobrovcany, Tschechien)
Futteral-Falten (Sheath Folds) Scherung Faltenscharnier Faltenscharnier
Entstehung einer Futteralfalte http://earth.leeds.ac.uk
Futteralfalten Kaledonische Gneise (W-Norwegen http://ees2.geo.rpi.edu/structures_2001/folds/source/nor_4_31_137-sf.html
Futteral-Falte (Gebel Meatiq, Ägypten) Streckungs-Linear
Falten in Scherzonen Schleppfalte (drag fold)
Futteralfalten in einer Scherzone
Futteral-Falten in Amphiboliten
Rekonstruktion der Falte
Boudinage und Faltung Mullion Boudin-Achse // // zur Faltenachse Boudin
Aus Twiss & Moores 1992 Mullion-Strukturen
gelängte Gerölle
Gelängte Gerölle
deformierte Konglomerate x-achse z-achse Atud-Konglomerat (G. Meatiq, Ägypten)
Bruchtektonik
Bruchtheorie von A. A. Griffith (1920) Spannungskonzentration an an der Spitze Dehnung Linien gleicher deviatorischer Spannung Bruch 400m/sec
Spannung an der Spitze des Bruchs 2 ( 2l) 2 σ Spitze 3 σ 0 d d l σ 0 = regionale Dehnungsspannung Beispiel: l l = 30m d = 1m σ = Spitze = σ 2400 σ 0 0 2 3 4 900 1
Festigkeit und Bruchverhalten Länge eines Bruchs ist proportional zur Korngröße d.h. Festigkeit nimmt mit abnehmender Korngröße zu
Entstehung von Scherbrüchen Triaxialversuch achsiale Spannung Probe Stahlkammer Hülldruck hydraulischer Druck
Versuchsanordnungen σ 11 σ 33 σ 22 =σ =σ 33 σ 11 =σ =σ 22 Kürzung // // Zylinderachse σ 11 > σ 22 =σ =σ 33 Streckung // // Zylinderachse σ 11 =σ =σ 22 > σ 33
echter Triaxialversuch σ 1 >σ 2 >σ σ 3 1 konjugierte Scherbrüche Dehnungsbrüche σ 3 σ 2 Dehnungsbrüche bei bei Druckentlatung
Spannungs-Dehnungs-Diagramm 800 σ a ''' σ s 50 MPa=σ c 600 400 200 σ a ' σ a '' Bruch σ a ' σ a '' 800 MPa=σ a ''' σ n 0 5 10 achsiale Deformation -3 e a x 10
Wie entsteht die Bruchfläche? θ Scherspannung auf allen potentiellen Scherflächen nimmt zu, zu, bis bis der Scherbruch auf einer Fläche erfolgt, wenn σ 11 --σ 33 = max. max. Scherfestigkeit ist ist materialabhängig. Winkel Θ ist bekannt,wenn σ 1 - σ 3 bekannt ist. σ s σ = 1 σ 3 sin 2Θ 2
Scherbrüche bei verschiedenen Spannungen σ s bar Bruchbedingungen Verschiedene Hülldrucke 500 500 1000 1500 σ n bar Versuche mit dem gleichen Gestein
Die Mohrsche Hüllkurve Mohrsche Hüllkurve 5 versagen stabil 5 10
Mohr-Diagramm der Festigkeit σ s versagen Festigkeit nimmt mit zunehmender Normalspannung zu zu 100 MPa σ n stabil
Das Mohr Coulomb - Kriterium σ s c φ µ = tan φ σ n σ c + µ σ s n = c = Kohäsion φ = Winkel der inneren Reibung
Orientierung der Bruchfläche Scherbrüche Dehnungsbruch 50 60
Wirkung von Poren-Fluiden Darcysches Gesetz (Darcy, 1853) v i k = ij η i, j = 1, 2, 3 dp dx p j V i i = Fließgeschwindigkeit (Vektor) k ij ij = Permeabilität (Tensor) η = Viskosität des Fluides P p p = Porenfluid-Druck
Effektive Spannung σ * ij ( ) σ P 11 σ σ 21 31 p ( ) σ P 22 σ 32 p ( σ P ) 33 p Terzaghi (1923) Tu - Graz
Mohr Coulomb Kriterium für effektive Spannungen σ s = c + µ ( σ P ) n p
Beispiel für Effektiv-Spannung Bruch Gestein naß Gestein trocken stabil
Auslösung von Erdbeben durch Wasserinjektion
Trennflächen
Extensionsbrüche (Dehnungsklüfte) Bei einer Dehnungskluft werden zwei neue Gesteinsoberflächen gebildet, an denen kein Versatz erfolgt.
Beziehung der Dehnungsklüfte zu den Haupt-Normalspannungen σ 2 2 Dehnungskluft σ 1 1 σ 3 3
Dehnungsklüfte Klüfte
Kluftrichtungen Querklüfte (0k0-Klüfte) Längsklüfte (h00) Radialklüfte (h0l) Diagonalklüfte (hk0), (0kl)
Kluftausbreitung Radiale Streifung Stufe Richtung der Bruchausbreitung
Kluftmuster Kluftschar 1 Kluftkörper Kluftschar 2
Kluftfüllungen Nebengestein Mineralfasern Nebengestein
Klüftigkeits-Ziffer (k) k = n l n = Anzahl der Klüfte l l = Länge in in einer Richtung
Klüfte im Appalachen-Vorland Faltenachsen Kluftscharen
Dehnung Fiederklüfte
Fiederklüfte
Fiederklüfte an einer Abschiebung Südkarpaten, Rumänien
Störungen Verwerfung fault faille, accident
Verwerfungen Verwerfung (spröde Deformation) Verwerfungszone (en échelon) spröde Deformation Scherzone duktile Deformation
Versatz an einer Verwerfung ss ss ds ds hh vv Hangendblock ns ns Liegendblock ns ns = gesamter Versatz ss ss = Versatz im im Streichen ds ds = Versatz im im Fallen ns ns = ss ss + ds ds h = horizontaler Versatz v= v= vertikaler Versatz ds ds = h + v
Nomenklatur der Verwerfungen Aufschiebung Aufschiebung sinistral sinistral Blattverschiebung Blattverschiebung dextral Abschiebung Abschiebung
Verwerfungen (Störungen) Faults Abschiebung : normal fault Aufschiebung : reverse fault Blattverschiebung : strike slip fault Eine Aufschiebung flacher als 45 heißt Überschiebung (thrust)
Überschiebung mit großer Transportweite (Decke) Klippe Fenster Decke Decken-Überschiebung
Bezug zur generellen Tektonik streichende, longitudinale Störung Querstörung transversale Störung
Bezug zur Schichtung synthetische Abschiebung antithetische Abschiebung
Dehnung σ 3 3 dd σ 1 1 σ 3 3 Dehnung :: Abschiebung Graben
Konjugierte Störungen σ 1 Abschiebung σ 3 σ 3 D. Meier, 1993
Erdgasfeld Thönse (Niedersachsen sek D. Meier, 1993
Asymmetrischer Graben
Rollover-Strukturen
Flexuren
Kippschollen Schicht mit Länge ll 00 Berechnung der Extension: l l = l l --ll 00 Relative Extension: e = ( l/ ll 00 )100% l
synsedimentäre antithetische Abschiebungen
Spannungsansatz bei Abschiebungen Aufdomung symmetrische Streckung asymmetrische Streckung
Einengung σ 3 3 σ 1 1 σ 1 1 Einengung :: Aufschiebung Horst
Aus Eisbacher, 1991 Riedelsche Flächen
Riedelsche Flächen Spannung Riedelsche Fläche Dehnungskluft
Harnischflächen und Striemungen Riedelsche Fläche Mineralfasern
Transform-Störungen
San-Andreas-Störung
Kabir-Störung
Spannungsfelder und Störungen Dehnung Konvergenz Escape-Tektonik
Indenter-Tektonik α-linien β-linien Herat-Störung Chaman-Störung Karakorum-Störung
Blattverschiebungen am Südrand der Böhmischen Masse
Indenter im Experiment
Indenter-Tektonik in den Ostalpen
Variszische Indenter-Tektonik in Mauretaniden und Appalachen Indenter Brevard-Scherzone Variszische Sutur
Transpression und Transtension Transpression Transtension Pressung Zerrung Pull-Apart-Becken (Aufreißbecken) Becken mit Sedimentfüllung Abschiebungen Aufschiebungen Falten Umgezeichnet nach Frisch & Loeschke, 1986
Aufreißbecken (Pull apart basins)
Flower Structures positiv: Heraushebung negativ: Absenkung
Anderson-Tektonik
Spannungstrajektorien an Magmen
Spannungstrajektorien an einer Magmenkammer
Duplex-Strukturen
Akkretionskeil in Taiwan
Profile durch die nördlichen Kalkalpen
Störungen an Plattengrenzen
Die Jordan-Störung