Θραυσιγενής τεκτονική – Μηχανισμοί θραύσης – Ρήγματα

Θραυσιγενής τεκτονική - Μηχανισμοί

θραύσης - Ρήγματα

Αλέξανδρος Χατζηπέτρος 1

Θραυσιγενής τεκτονική –µηχανισµοί θραύσης –ρήγµαταΑλέξανδρος Χατζηπέτροςchatzipetros.weebly.com

Σεισµικότητα και νεοτεκτονική Η σεισµικότητα σχετίζεται άµεσα µε την ενεργοποίηση νεοτεκτονικών ενεργών ρηγµάτων.

Γεωλογική σεισµικότητα Σεισµικά γεγονότα που συνέβησαν πριν από 103 έως 106 έτη. Ιδιαίτερη σηµασία έχει η Παλαιοσεισµολογία.

Ιστορική σεισµικότητα Σεισµικά γεγονότα που συνέβησαν πριν από 102 έως 103 έτη. Ιδιαίτερη σηµασία έχει η Αρχαιοσεισµολογία.

Ενόργανη σεισµικότητα Σεισµικά γεγονότα που συνέβησαν τα τελευταία 102 έτη. Αντικείµενο της Σεισµολογίας.

chatzipetros.weebly.com

2




Ερωτήµατα Απαντήσεις


3

Θραύση των πετρωµάτων στον ανώτερο φλοιό

Γιατί θραύονται τα πετρώµατα;

Ποια είναι η διαδικασία θραύσης;

Από τι επηρεάζεται η καµπύλη παραµόρφωσης;

∆ιότι οι τάσεις ξεπερνούν την αντοχή τους

Ελαστική παρ. πλαστική παρ. θραύση

Θερµοκρασία, πίεση, σύσταση


4

Χαµηλή θερµοκρασία, υψηλός ρυθµός παραµόρφωσης

Υψηλή θερµοκρασία, υψηλός ρυθµός παραµόρφωσης

Υψηλή θερµοκρασία, χαµηλός ρυθµός παραµόρφωσης




Θεωρίες θραύσης Coulomb-Navier (διατµητική θραύση)

Θεωρία θραύσης του Mohr

Θεωρία θραύσης του Griffith


5

Θεωρία των Coulomb-Navier Η θραύση οφείλεται στις διατµητικές τάσεις κατά µήκος ενός επιπέδου.

Κατά τη στιγµή της θραύσης ισχύει το κριτήριο Coulomb:

(στ= διατµητική συνιστώσα, σN=κάθετη συνιστώσα,

s0=διατµητική αντοχή, µ=συντελεστής εσωτερικής τριβής). Ισχύει ότι µ=εφφ (φ=γωνία εσωτερικής τριβής). Γωνία θραύσης (β) είναι η γωνία µεταξύ της σ1 και της κάθετης στο επίπεδο θραύσης


6




Θεωρία του Mohr Παρόµοια µε τη θεωρία Coulomb-Navier, µε τη διαφορά ότι η συνάρτηση διατµητικής και κάθετης συνιστώσας της τάσης δεν είναι ευθεία, αλλά παραβολή:


7

Θεωρία του Griffith Θεωρεί ότι στο καταπονούµενο πέτρωµα υπάρχουν τυχαία κατανεµηµένες µικρορωγµές.

Η θραύση επέρχεται όταν στα άκρα των µικρορωγµών

συγκεντρώνονται ισχυρές εφελκυστικές τάσεις, µε αποτέλεσµα τη θραύση του πετρώµατος.

Οι ρωγµές στις οποίες επέρχεται θραύση είναι οι µεγαλύτερες σε µήκος και ο προσανατολισµός τους σε σχέση µε τις ασκούµενες τάσεις και τη γωνία θραύσης είναι ευνοϊκός.

Πιο εφαρµόσιµη θεωρείται η θεωρία Coulomb-Navier.


8




Ανώτερη δοµή της Γης


9


10

Λιθόσφαιρα: ελαστικές ιδιότητες, Ασθενόσφαιρα: πλαστικές ιδιότητεςΣχιζόσφαιρα: σεισµική ολίσθηση, Πλαστόσφαιρα: ασεισµική ολίσθηση





11

12

Τι είναι µία ζώνη διάτµησης;Μία ζώνη διάτµησης (shear zone) είναι µία ζώνη πετρωµάτων τα οποία εµφανίζονται πολύ περισσότερο τεκτονισµένα από τα περιβάλλοντά τους.

Η παραµόρφωσή τους µπορεί να γίνει σε όλες τις συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας. Ανάλογα µε τις συνθήκες, παρατηρούνται διαφορετικές µορφές παραµόρφωσης σε διατµητικές ζώνες.

∆ιατµητικές ζώνες παρατηρούνται σε πολλά υλικά και αποτελεί αντικείµενο µελέτης πολλών επιστηµών.




13Παραδείγµατα

14

Είδη παραµορφώσεων Μη περιστροφική παραµόρφωση.

Περιστροφική παραµόρφωση. Οµοιογενής περιστροφική παραµόρφωση. Ανοµοιογενής περιστροφική παραµόρφωση.

Συνδυασµός περιστροφικής και µη περιστροφικής παραµόρφωσης. Η πιο συνήθης µορφή παραµόρφωσης.




15

Μη περιστροφική παραµόρφωση (pure shear)

Είναι µία µονοαξονική (coaxial) παραµόρφωση που επιδρά σε ένα γεωλογικό σώµα το οποίο έχει τη δυνατότητα να επεκτείνεται πλευρικά.

16

Μη περιστροφική παραµόρφωση -Προσοµοιώσεις




17


18





19

Περιστροφική παραµόρφωση(simple shear)

Είναι µη-οµοαξονική (non-coaxial) παραµόρφωση και συντελείται µε ολισθήσεις κατά µήκος παράλληλων επιφανειών διάτµησης (s-επιφάνειες).

20

Περιστροφική παραµόρφωση -Προσοµοιώσεις




21


22





23

Τύποι ζωνών διάτµησηςΟι ζώνες διάτµησης µπορούν να ταξινοµηθούν γενικά σε τρεις τύπους, ανάλογα µε τις συνθήκες δηµιουργίας τους:Θραυσιγενείς (brittle).Πλαστικές (ductile).Θραυσιγενείς – Πλαστικές (brittle – ductile) ή Ηµιθραυσιγενείς (semibrittle).

Οι ζώνες διάτµησης σχετίζονται σχεδόν αποκλειστικά µε περιστροφική παραµόρφωση (simple shear).

24

Τύποι ζωνών διάτµησης

Αύξηση πάχους ζώνης διάτµησης

Θραυσιγενής Θραυσιγενής - Πλαστική Πλαστική




25Αλλαγή συνθηκών µε το βάθος

Θραυσιγενής

παραµόρφωση

Πλαστική παραµόρφωση

Μη παραµορφωµένο αρχικό πέτρωµα

Ρήγµα µε συνεκτικό κατακλασίτη

Ρήγµα µε ψευδοταχυλίτη

Πλαστική ζώνη διάτµησης µε µυλωνίτη

Πλαστική ζώνη διάτµησης µε γνευσιωµένα πετρώµατα

Συνεκτικοί κατακλασίτες

Μη συνεκτικοί κατακλασίτες

Μυλωνίτες

Γνεύσιοι

26

(Sibson, 1977)




27Χαρακτηρισµός πετρωµάτων ζωνών διάτµησης

Αύξηση βάθους παραµόρφωσης

Αύξηση ανακρυστάλλωσης και ορυκτογένεσης

Τεκτονικά λατυποπαγή

Τεκτονικά µικρολατυποπαγή

Κατακλασίτες

Πρωτοµυλωνίτες

Μυλωνίτες

Υπερµυλωνίτες

Φυλλωνίτες

Βλαστοµυλωνίτες

Μυλωνιτικοί γνεύσιοι

10 km 20 km

Ψευδοταχυλίτες

28

Θραυσιγενείς ζώνες διάτµησης Θραυσιγενείς (brittle) ζώνες διάτµησης.

Σχηµατίζονται στον ανώτερο φλοιό σε συνθήκες ταχείας παραµόρφωσης.

Χαρακτηρίζονται από τεκτονικά λατυποπαγή, ρήγµατα, διακλάσεις, κατακλασίτες, κλπ.

Το πάχος των ζωνών αυτών είναι µεγαλύτερο όσο µεγαλύτερη είναι η µετατόπιση.




29∆οµές θραυσιγενών (brittle) ζωνών διάτµησης

∆οµές Riedel Y shears (παράλληλες µε τα επίπεδα διάτµησης).

P, R και R΄ shears.

Φλέβες

Κλιµακωτά ρήγµατα

Ανακρυστάλλωση ορυκτών σε συνθήκες συµπίεσης και εφελκυσµού.

30

Πειραµατικά µοντέλα δηµιουργίας θραυσιγενών ζωνών διάτµησης σε ρήγµατα οριζόντιας µετατόπισης.

a, b, c: δεξιόστροφη ζώνη.

d: αριστερόστροφη ζώνη.




31∆ιατµητικές διαρρήξεις R και R’

Πτυχές

Κανονικά ρήγµατα

Ανάστροφα ρήγµατα

Ως κλείθρα χαρακτηρίζονται ορισµένα τµήµατα του ρήγµατος (κάµψεις του ρήγµατος, φυσικές εξογκώσεις, τµήµατα µεγάλης τραχύτητας, κλπ.) τα οποία παρουσιάζουν ισχυρή αντίσταση στη θραύση τους ενώ στο υπόλοιπο µέρος του ρήγµατος η διάρρηξη γίνεται σχετικώς εύκολα.

κλείθρα

Επιφάνεια κλείθρων

Επιφάνεια ρήγµατος

Επιφάνεια ρήγµατος




Το µοντέλο των εµποδίων (asperities)

Η τάση συγκεντρώνεται στα κλείθρα µέχρι τη διάρρηξη.

Το µοντέλο των φραγµάτων (barriers)

Η τάση είναι οµογενώς κατανεµηµένη.Μετά τη θραύση, η τάση συγκεντρώνεται στα κλείθρα, όπου και παρατηρούνται οι µετασεισµοί.




Οι σεισµοί τύπου εµποδίου οφείλονται σε σχετικά οµογενή ρήγµατα στα οποία υπάρχουν σταθερά ισχυρά εµπόδια τα οποία σπάνε κατά τη διάρκεια γένεσης των µεγάλων σεισµών. Στις περιπτώσεις των σεισµών αυτών δεν αναµένεται έντονη µετασεισµική δράση αφού κατά τη γένεση του κύριου σεισµού σπάνε τα εµπόδια. Τέτοιοι σεισµοί είναι συνήθως οι οριοπλακικοί σεισµοί(interplate earthquakes), δηλαδή, αυτοί που έχουν τις εστίες τους στα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών.

Οι σεισµοί τύπου φράγµατος οφείλονται σε εξαιρετικώς ανοµοιογενή ρήγµατα στα οποία υπάρχουν ασθενή φράγµατα κατανεµηµένα µεταξύ ισχυρών φραγµάτων, τα οποία µένουν συνεχώς άθραυστα. Στην περίπτωση αυτή, αναµένεται έντονη µετασεισµική δράση η οποία διαρκεί επί µεγάλο χρονικό διάστηµα (πολλούς µήνες ή έτη). Τέτοιοι είναι συνήθως οι ενδοπλακικοί σεισµοί(intraplate earthquakes), δηλαδή, αυτοί που γεννιούνται µέσα στις λιθοσφαιρικές πλάκες.

Μοντέλο εµποδίων Μοντέλο φραγµάτων


36

Αρχικά ανοµοιογενής κατανοµή τάσεων

Ολίσθηση πριν το κύριο γεγονός (προσεισµοί)

Κατά το κύριο γεγονός η πτώση τάσης είναι µεγάλη και µετά ελαττώνεται

Μετά το γεγονός: εξοµάλυνση των τάσεων και οµοιόµορφη κατανοµή

Απουσία µετασεισµών

Ερµηνεία γένεσης των προσεισµών

Αρχικά οµοιογενής κατανοµή τάσεων

∆εν παρατηρείται ολίσθηση πριν το κύριο γεγονός

Κατά το κύριο γεγονός η πτώση τάσης είναι µικρή και µετά αυξάνεται

Μετά το γεγονός: ανακατανοµή των τάσεων και ανοµοιόµορφη κατανοµή

Πρόκληση µετασεισµών

Ερµηνεία γένεσης των µετασεισµών




Παραδείγµατα ρηξιγενών ζωνών στην Ελλάδα




40




42




43

44




45

Φάσεις µετανάστευσης του Ελληνικού ορογενούς προς Νότο.

Σε όλη τη διάρκεια της Αλπικής και Μεσογειακής ορογένεσης, δηλαδή από το Κρητιδικό µέχρι το Πλειόκαινο αλλά και µέχρι σήµερα, παρατηρείται µια συνεχής µετανάστευση του τεκτονισµού προς τα εξωτερικά του Ελληνικού τόξου µε τις διαδοχικές συµπιέσεις των πετρωµάτων που ακολουθούνται κατά ζώνη από την εφελκυστική τεκτονική, την κατάρρευση του φλοιού και την αποκάλυψη τεκτονικών παράθυρων των βαθύτερων τµηµάτων του φλοιού.

Η µελέτη αυτής της συνεχόµενης και εναλλασσόµενης τεκτονικής διεργασίας οδηγεί στο γενικό συµπέρασµα ότι από την πρώτη περίοδο της Αλπικής ορογένεσης (Κρητιδικό) µέχρι σήµερα όλη η Ελληνική Ενδοχώρα ήταν σε εφελκυσµό και αναθόλωση µε ιδιαίτερη ένταση τη δεύτερη Αλπική περίοδο (Ηώκαινο-Ολιγόκαινο). Η συµπιεστική τεκτονική που την περίοδο Ηωκαίνου κυριαρχούσε στο χώρο των Εσωτερικών Ελληνίδων (Περιροδοπική, Αξιού, Πελαγονική, Υποπελαγονική) αντικαθίσταται στις ζώνες αυτές σταδιακά το Ολιγόκαινο-Μέσο Μειόκαινο από εφελκυσµό, ενώ η συµπίεση µεταναστεύει στις Εξωτερικές Ελληνίδες για να αντικατασταθεί στο Μειόκαινο-Πλειόκαινο και εκεί από εφελκυσµό.

46




47

Οι κύριες ενεργές τεκτονικές δοµές και το ενεργό πεδίο των τάσεων στον ευρύτερο Ελληνικό χώρο.




Ρηξιγενής ιστός

1902, 6.6Άσσηρος

1932, 6.9Ιερισσός

1978, 6.5Στίβος

Ιστορική σεισµικότητα

Seismic quiescence (?)

“Early Byzantine paroxysm” Scattered

earthquakes

Historical record is probably incomplete

due to lack of adequate resources




Επιφανειακές διαρρήξεις του 1978

Κατανοµή επιφανειακών διαρρήξεων και θέσεις παλαιοσεισµολογικών τοµών.

Μορφολογία ρηξιγενούς πρανούςN




Ενεργά ρήγµατα

Ερπυσµός




Τοµή GER-1N S

Απλοποιηµένη καταγραφή της τοµής GER-1.

Ρυθµός ολίσθησης

Ρυθµός ολίσθησης

0.016 mm/yr

Σεισµική µετατόπιση (cm)

Χρόνος(k

aB

P)




Τοµή GER-4

22 cm

Strike085ο N

N

Τοµή GER-4N

Displacement: 22 cm

Strike085ο N




Τοµή GER-5

5th International Symposium on Eastern Mediterranean Geology61

62

Τα κυριότερα ενεργά ρήγµατα της ευρύτερης περιοχής




64

Ρήγµατα στο πολεοδοµικό συγκρότηµα




65

Γεωλογικοί –Νεοτεκτονικοί χάρτες

66

Ρήγµα Ανθεµούντα F-GNSPF-PP

F-Th

F-An

F-A

F-Ka

-ΖΕΡΒΟΠΟΥΛΟΥ ΑΝΝΑ2007




67

Ρήγµα Ανθεµούντα - Περαία

68

Ρήγµατα εντός της πόλης




69

#υναµικό των ρηγµάτων

Ρήγµα ∆υναµικό µεγέθους ∆υναµικό µετατόπισης (m)

Ανθεµούντα 6,9 1,3

Γερακαρούς – Περιστερώνα 6,5 0,6

Ν. Απολλωνίας – Ν. Μαδύτου 6,3 0,5

Ασβεστοχωρίου 6,3 0,5

Πανοράµατος – Πυλαίας 6,2 0,3

Αγχιάλου – Ν. Μεσηµβρίας 6,1 0,3

Ευκαρπίας 6,1 0,3

Αεροδροµίου 5,5 0,1

Στρατωνίου 7,0 1,4

Κερκίνης – Πετριτσίου 7,0 1,4

Οι τιµές που αναφέρονται στον πίνακα είναι οι ακραίες αναµενόµενες τιµές µε βάση τους τύπους των Pavlides & Caputo (2004), Wells & Coppersmith (1994) και Ambraseys & Jackson (1998)




ΡΗΓΜΑ ΡΥΜΝΙΟΥ-ΠΑΛΑΙΟΧΩΡΙΟΥ-ΣΑΡΑΚΗΝΑΣ

(ΑΠΟ ΤΗ ΓΕΦΥΡΑ ΤΟΥ ΡΥΜΝΙΟΥ, ΠΑΡΑΛΛΗΛΑ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΤΑΞΗ)

ΑΝΕΡΧΟΜΕΝΟ ΤΕΜΑΧΟΣ

ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΚΟΡΗΜΑΤΑ (ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΗ)

ΣΕΙΣΜΙΚΟ ΡΗΓΜΑ ΣΤΟ ∆ΡΟΜΟΠΑΛΑΙΟΧΩΡΙ-ΣΑΡΑΚΗΝΑ

Κύρια ρήγµατα που ενεργοποιήθηκαν κατά το σεισµό της 13ης Μαïου 1995. Το ρήγµα Ρυµνίου – Παλαιοχωρίου – Σαρακήνας (ΡΠΣ) είναι ΒΑ-Ν∆

παράταξης, ενώ το ρήγµα Χρωµίου Α-∆.

ΡΗΓΜΑ ΧΡΩΜΙΟΥ


ΚΩΝΟΙ ΚΟΡΗΜΑΤΩΝ

ΡΗΓΜΑ ΡΥΜΝΙΟΥ-ΠΑΛΑΙΟΧΩΡΙΟΥ-ΣΑΡΑΚΗΝΑΣ

∆ιακρίνεται η επαναδραστηριοποίηση µετά το σεισµό της 13-05-95 (απογύµνωση βράχου κατά 10 cm

Ρήγµα Ρυµνίου-Παλαιοχωρίου-Σαρακήνας

Σεισµικό ρήγµα Ρυµνίου – Παλαιοχωρίου – Σαρακήνας

Παράταξη ΒΑ-Ν∆ (60ο-70ο)Κλίση 30ο-35ο Β∆Συνολικό µήκος 30 KmΚανονικό λιστρωτό ρήγµα

Ενεργό ρήγµα Χρωµίου-Κνίδης

Παράταξη Α-∆Συνολικό µήκος 15 KmΈχει δηµιουργηθεί από ρήγµα οριζόντιας µετατόπισης.Λειτούργησε ως δευτερεύον αντιθετικό ρήγµα στο σεισµό 13-05-95

ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΤΟΜΗ ΤΟΥ ΡΗΓΜΑΤΟΣ

ΚΑΘΕΤΑ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΤΑΞΗ

Mountrakis et al 1995




ΡΗΓΜΑ ΣΕΡΒΙΩΝ-ΒΕΛΒΕΝΤΟΥ

(ΠΑΝΟΡΑΜΙΚΗ ΑΠΟΨΗ ΑΠΟ ΤΗΝ Τ.Λ. ΠΟΛΥΦΥΤΟΥ



ΚΩΝΟΙ ΚΟΡΗΜΑΤΩΝ

Ρήγµατα ΒΑ-Ν∆ παράταξης που διαχωρίζονται από το ρήγµα ΡΠΣ µε ένα γεωµετρικό «φράγµα» (barrier) που εµπόδισε τη διάδοση της διάρρηξης του 1995.

Ενεργό ρήγµα Βερµίου-Βεργίνας

Παράταξη ΒΑ-Ν∆ (50ο-60ο)Συνολικό µήκος 20 Km


ΛΕΙΑΣΜΕΝΗ ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΣΕ ΜΕΣΟΖΩΙΚΟΥΣ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΥΣ ΤΗΣ ΠΕΛΑΓΟΝΙΚΗΣ

Ενεργό ρήγµα Σερβίων-Βελβενδού

Παράταξη ΒΑ-Ν∆ (60ο)Κλίση 60ο-70ο Β∆Συνολικό µήκος 31 KmΚανονικό ρήγµα

Θραυσιγενής τεκτονική – Μηχανισμοί θραύσης – Ρήγματα

Documents

Transcript of Θραυσιγενής τεκτονική – Μηχανισμοί θραύσης – Ρήγματα