Wspólne (geologia)
Połączenie to pęknięcie ( pęknięcie ) pochodzenia naturalnego w warstwie lub bryle skalnej , które nie wykazuje widocznego lub mierzalnego ruchu równoległego do powierzchni (płaszczyzny) pęknięcia (pęknięcie „Tryb 1”) . Chociaż stawy mogą występować pojedynczo, najczęściej występują jako zestawy i systemy stawów. Zestaw połączeń to rodzina równoległych, równomiernie rozmieszczonych połączeń, które można zidentyfikować poprzez mapowanie i analizę ich orientacji, odstępów i właściwości fizycznych. System połączeń składa się z dwóch lub więcej przecinających się zestawów połączeń.
Rozróżnienie między złączami a wadami opiera się na terminach widocznych lub mierzalnych, różnica ta zależy od skali obserwacji. Wady różnią się od stawów tym, że wykazują widoczny lub mierzalny ruch boczny między przeciwległymi powierzchniami złamania (złamania „Tryb 2” i „Tryb 3”). W ten sposób połączenie może powstać albo przez ścisły ruch warstwy skalnej lub ciała prostopadłego do szczeliny, albo przez różne stopnie bocznego przesunięcia równoległego do powierzchni (płaszczyzny) szczeliny, która pozostaje „niewidoczna” w skali obserwacji.
Stawy należą do najbardziej uniwersalnych struktur geologicznych, spotykanych w prawie każdym odsłonięciu skały. Różnią się znacznie wyglądem, wymiarami i rozmieszczeniem oraz występują w zupełnie różnych środowiskach tektonicznych . Często specyficzne pochodzenie naprężeń, które stworzyły określone połączenia i powiązane zestawy połączeń, może być dość niejednoznaczne, niejasne, a czasem kontrowersyjne. Najbardziej widoczne połączenia występują w najlepiej skonsolidowanych, zlitowanych i wysoce kompetentnych skałach, takich jak piaskowiec , wapień , kwarcyt i granit . Stawy mogą być pęknięciami otwartymi lub wypełnionymi różnymi materiałami. Spoiny wypełnione wytrąconymi minerałami nazywane są żyłami , a spoiny wypełnione zestaloną magmą nazywane są groblami .
Tworzenie
Połączenia powstają w wyniku kruchego pękania skały lub warstwy pod wpływem naprężeń rozciągających . Ten stres może być nałożony z zewnątrz; na przykład przez rozciąganie warstw, wzrost ciśnienia płynu w porach lub kurczenie się spowodowane chłodzeniem lub wysychaniem bryły skalnej lub warstwy, której zewnętrzne granice pozostały niezmienione.
Kiedy naprężenia rozciągające rozciągają bryłę lub warstwę skały tak, że jej wytrzymałość na rozciąganie zostaje przekroczona, pęka. Kiedy tak się dzieje, skała pęka w płaszczyźnie równoległej do maksymalnego naprężenia głównego i prostopadłej do minimalnego naprężenia głównego (kierunek rozciągania skały). Prowadzi to do opracowania pojedynczego zestawu połączeń nierównoległych . Ciągła deformacja może prowadzić do rozwoju jednego lub więcej dodatkowych zestawów stawów. Obecność pierwszego zestawu silnie wpływa na orientację naprężeń w warstwie skalnej, często powodując powstawanie kolejnych zestawów pod dużym kątem, często 90°, w stosunku do pierwszego zestawu.
typy
Połączenia są klasyfikowane według ich geometrii lub procesów, które je utworzyły.
Według geometrii
Geometria połączeń odnosi się do orientacji połączeń, którą można wykreślić na stereosieciach i diagramach rozetowych lub zaobserwować w odsłonięciach skał. Pod względem geometrii wyróżnia się trzy główne typy połączeń: połączenia niesystematyczne, połączenia systematyczne i połączenia kolumnowe .
Niesystematyczny
Połączenia niesystematyczne to połączenia, które mają tak nieregularny kształt, odstępy i orientację, że nie można ich łatwo pogrupować w charakterystyczne, przechodzące przez siebie zestawy połączeń.
Systematyczny
Połączenia systematyczne to płaskie, równoległe połączenia, które można prześledzić na pewnej odległości i występują w regularnych, równych odstępach rzędu centymetrów, metrów, dziesiątek metrów, a nawet setek metrów. W rezultacie występują one jako rodziny stawów, które tworzą rozpoznawalne zestawy stawów. Zazwyczaj ekspozycje lub wychodnie w danym obszarze lub regionie badań zawierają dwa lub więcej zestawów systematycznych połączeń, z których każdy ma swoje własne charakterystyczne właściwości, takie jak orientacja i odstępy, które przecinają się, tworząc dobrze zdefiniowane systemy stawów.
W oparciu o kąt, pod jakim zestawy stawów systematycznych przecinają się, tworząc system stawów, połączenia systematyczne można podzielić na zestawy połączeń sprzężonych i ortogonalnych. Kąty, pod którymi zwykle przecinają się stawy w systemie stawów, są nazywane przez geologów strukturalnych kątami dwuściennymi. Gdy kąty dwuścienne są prawie 90° w systemie połączeń, zestawy połączeń są znane jako zestawy połączeń ortogonalnych . Gdy kąty dwuścienne wynoszą od 30 do 60° w obrębie układu przegubów, zestawy przegubów nazywane są zestawami przegubów sprzężonych .
W regionach, które doświadczyły deformacji tektonicznych, systematyczne połączenia są zwykle związane z warstwami lub pokładami, które zostały złożone w antykliny i synkliny . Takie połączenia można sklasyfikować zgodnie z ich orientacją w odniesieniu do osiowych płaszczyzn fałd, ponieważ często tworzą one przewidywalny wzór w odniesieniu do trendów zawiasów pofałdowanych warstw. W oparciu o ich orientację w płaszczyznach osiowych i osiach fałd, typy systematycznych połączeń to:
- Połączenia podłużne - Połączenia, które są mniej więcej równoległe do osi fałdy i często otaczają fałdę.
- Połączenia krzyżowe - Połączenia, które są w przybliżeniu prostopadłe do osi fałd.
- Połączenia ukośne - Połączenia, które zwykle występują jako zestawy połączeń sprzężonych, które mają tendencję ukośną do osi fałd.
- Stawy uderzeniowe - Stawy, które mają tendencję równoległą do uderzenia płaszczyzny osiowej fałdy.
- Połączenia krzyżowe - Połączenia, które przecinają płaszczyznę osiową fałdy.
Kolumnowy
Łączenie kolumnowe to charakterystyczny rodzaj połączeń, które łączą się ze sobą w potrójnych połączeniach pod kątem 120 ° lub około 120 °. Połączenia te dzielą ciało skalne na długie, graniastosłupy lub kolumny. Zazwyczaj takie kolumny są sześciokątne, chociaż kolumny 3-, 4-, 5- i 7-boczne są stosunkowo powszechne. Średnica tych pryzmatycznych kolumn waha się od kilku centymetrów do kilku metrów. Często są one zorientowane prostopadle do górnej powierzchni i podstawy strumieni lawy oraz do kontaktu ciał magmowych z otaczającą skałą. Ten typ łączenia jest typowy dla grubych strumieni lawy oraz płytkich grobli i progów. Łączenie kolumnowe jest również znany jako struktura kolumnowa , połączenia pryzmatyczne lub połączenia pryzmatyczne . Rzadkie przypadki połączeń kolumnowych odnotowano również w warstwach osadowych.
Przez formację
Połączenia można klasyfikować według ich pochodzenia, pod etykietami tektoniki, hydrauliki, złuszczania, rozładowywania (uwalniania) i chłodzenia. Różni autorzy zaproponowali sprzeczne hipotezy dla tych samych wspólnych zestawów i typów. A stawy w tej samej odkrywce mogą powstawać w różnym czasie w różnych okolicznościach.
Architektoniczny
Połączenia tektoniczne to połączenia utworzone, gdy względne przemieszczenie ścian złącza jest normalne do jego płaszczyzny w wyniku kruchej deformacji podłoża skalnego w odpowiedzi na regionalne lub lokalne odkształcenie tektoniczne podłoża skalnego. Spoiny takie powstają, gdy skierowane naprężenia tektoniczne powodują przekroczenie wytrzymałości na rozciąganie podłoża skalnego w wyniku rozciągania warstw skalnych w warunkach podwyższonego ciśnienia płynu porowego i ukierunkowanego naprężenia tektonicznego. Połączenia tektoniczne często odzwierciedlają lokalne naprężenia tektoniczne związane z lokalnym fałdowaniem i uskokami. Połączenia tektoniczne występują zarówno jako połączenia niesystematyczne, jak i systematyczne, w tym zestawy stawów ortogonalnych i sprzężonych.
Hydrauliczny
Połączenia hydrauliczne powstają, gdy ciśnienie płynu w porach wzrasta w wyniku pionowego obciążenia grawitacyjnego. Mówiąc prościej, nagromadzenie osadów, materiału wulkanicznego lub innego materiału powoduje wzrost ciśnienia porowego wód gruntowych i innych płynów w leżącej poniżej skale, gdy nie mogą one poruszać się ani w bok, ani w pionie w odpowiedzi na to ciśnienie. Powoduje to również wzrost ciśnienia porowego we wcześniej istniejących pęknięciach, co zwiększa naprężenia rozciągające w nich prostopadłe do minimalnego naprężenia głównego (kierunek rozciągania skały). Jeśli naprężenie rozciągające przekroczy wielkość najmniejszego głównego naprężenia ściskającego, skała ulegnie zniszczeniu w sposób kruchy, a pęknięcia te rozprzestrzenią się w procesie zwanym szczelinowanie hydrauliczne . Złącza hydrauliczne występują zarówno jako połączenia niesystematyczne, jak i systematyczne, w tym zespoły złączy ortogonalnych i sprzężonych. W niektórych przypadkach zespoły przegubowe mogą stanowić hybrydę tektoniczno-hydrauliczną.
Łuszczenie się
Stawy złuszczające to zestawy płaskich, zakrzywionych i dużych stawów, które są ograniczone do masowo odsłoniętych ścian skalnych w głęboko zerodowanym krajobrazie. Połączenia złuszczające składają się z pęknięć w kształcie wachlarza o wielkości od kilku do kilkudziesięciu metrów, które leżą nierównolegle do topografii. Pionowe, grawitacyjne obciążenie masy skały macierzystej wielkości góry napędza podłużne pękanie i powoduje wyboczenie na zewnątrz w kierunku swobodnego powietrza. Ponadto paleostres zapieczętowany w granicie, zanim granit został ekshumowany przez erozję i uwolniony przez ekshumację i cięcie kanionu, jest również siłą napędową faktycznego odpryskiwania.
Rozładunek
Szczeliny rozładunkowe lub szczeliny zwalniające powstają blisko powierzchni, gdy osadzone skały osadowe zbliżają się do powierzchni podczas wypiętrzenia i erozji; kiedy ostygną, kurczą się i stają się elastycznie rozluźnione. Narasta naprężenie, które ostatecznie przekracza wytrzymałość podłoża skalnego na rozciąganie i powoduje łączenie. W przypadku złączy odciążających naprężenia ściskające uwalniane są albo wzdłuż istniejących wcześniej elementów konstrukcyjnych (takich jak szczeliny), albo prostopadle do poprzedniego kierunku ściskania tektonicznego.
Chłodzenie
Połączenia chłodzące to złącza kolumnowe, które powstają w wyniku ochłodzenia lawy z odsłoniętej powierzchni jeziora lawy lub powodziowego strumienia bazaltu lub boków tablicowej intruzji magmowej, zazwyczaj bazaltowej. Wykazują wzór połączeń, które łączą się ze sobą w potrójnych połączeniach pod kątem lub około 120 °. Dzielą ciało skalne na długie graniastosłupy lub kolumny, które są zazwyczaj sześciokątne, chociaż kolumny 3-, 4-, 5- i 7-boczne są stosunkowo powszechne. Tworzą się w wyniku frontu ochładzania, który przesuwa się z pewnej powierzchni, albo odsłoniętej powierzchni jeziora lawy, albo powodziowego strumienia bazaltu, albo boków tablicowej intruzji magmowej do lawy jeziora, strumienia lawy lub magmy grobli lub próg.
Fraktografia
Propagację stawów można badać za pomocą technik fraktografii , w których charakterystyczne znaki, takie jak jeżyny i struktury pióropuszowe, są wykorzystywane do określenia kierunków propagacji, aw niektórych przypadkach głównych orientacji naprężeń.
Złamania ścinające
Niektóre złamania, które wyglądają jak stawy, to w rzeczywistości złamania ścinające, które w efekcie są mikrouszkodzeniami. Nie tworzą się w wyniku prostopadłego otwarcia pęknięcia w wyniku naprężenia rozciągającego, ale w wyniku ścinania pęknięć, które powoduje ruch boczny twarzy. Złamania ścinające można pomylić ze stawami, ponieważ boczne przesunięcie powierzchni pęknięcia nie jest widoczne w odkrywce ani w próbce. Z powodu braku ornamentyki diagnostycznej lub braku dostrzegalnego ruchu lub przesunięcia mogą być nie do odróżnienia od stawów. Takie pęknięcia występują w płaskich zestawach równoległych pod kątem 60 stopni i mogą mieć taką samą wielkość i skalę jak stawy. W rezultacie niektóre „sprzężone zestawy połączeń” mogą w rzeczywistości być pęknięciami ścinanymi. Złamania ścinające różnią się od stawów obecnością slickensides , produkty ruchu ścinającego równoległego do powierzchni pęknięcia. Slickensides to drobnoziarniste, delikatne linie grzbietu w rowku na powierzchni powierzchni pęknięć.
Znaczenie
Połączenia są ważne nie tylko dla zrozumienia lokalnej i regionalnej geologii i geomorfologii , ale także dla rozwoju zasobów naturalnych, bezpiecznego projektowania konstrukcji i ochrony środowiska. Połączenia mają głęboką kontrolę nad wietrzeniem i erozją podłoża skalnego. W rezultacie sprawują silną kontrolę nad rozwojem topografii i morfologii krajobrazów. Zrozumienie lokalnego i regionalnego rozmieszczenia, charakteru fizycznego i pochodzenia stawów jest istotną częścią zrozumienia geologii i geomorfologii danego obszaru. Spoiny często nadają podłożu skalnemu dobrze rozwiniętą przepuszczalność spowodowaną pękaniem. W rezultacie stawy silnie wpływają, a nawet kontrolują naturalne krążenie ( hydrogeologia ) płynów, np . wody gruntowe i zanieczyszczenia w warstwach wodonośnych , ropa naftowa w zbiornikach i cyrkulacja hydrotermalna na głębokości, w podłożu skalnym. Stawy są więc ważne dla ekonomicznego i bezpiecznego zagospodarowania zasobów ropy naftowej, hydrotermalnych i wód podziemnych oraz są przedmiotem intensywnych badań nad tymi zasobami. Regionalne i lokalne systemy połączeń wywierają silną kontrolę nad tym, jak rudotwórcze płyny hydrotermalne (składające się głównie z H 2 O , CO 2 i NaCl — który tworzył większość ziemskich złóż rudy ) krążył w jego skorupie. W rezultacie zrozumienie ich genezy, struktury, chronologii i rozmieszczenia jest ważną częścią poszukiwania i opłacalnego zagospodarowania złóż rud. Połączenia często tworzą nieciągłości , które mogą mieć duży wpływ na zachowanie mechaniczne (wytrzymałość, odkształcenia itp.) gruntu i mas skalnych, na przykład w tunelach , fundamentach lub konstrukcjach skarp . W rezultacie złącza są ważną częścią inżynierii geotechnicznej w praktyce i badaniach.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Aydin, A. i J. Zhong (nda) Nieortogonalne wspólne zestawy , wiele wspólnych zestawów , baza wiedzy o pękaniu skał , Uniwersytet Stanforda, Stanford, Kalifornia.
- Aydin, A. i J. Zhong (ndb) Orthogonal Joint Sets , Multiple Joint Sets , Rock Fracture Knowledgebase , Stanford University, Stanford, Kalifornia.
- Aydin, A. i J. Zhong (ndb) Patterns of Multiple Joint Sets , Multiple Joint Sets , Rock Fracture Knowledgebase , Stanford University, Stanford, Kalifornia.
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
