ΦΥΣ17 - Ζώνες διάτμησης

1

Ζώνες διάτµησης

Αλέξανδρος Χατζηπέτροςusers.auth.gr/ac

2

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.

12:07 chatzipetros.weebly.com

2

3

Παραδείγµατα


4

Τύποι τεκτονικής παραµόρφωσης

Ρηξιγενής ή θραυσιγενής τεκτονική

Πτυχογόνος

τεκτονική

Αύξηση πίεσης – θερµοκρασίας


3

5

∆ιατµητική τάση� Όταν σε ένα σώµα

ασκείται µία δύναµη F (τάση) υπό γωνία θ, αυτή µπορεί να αναλυθεί σε κάθετη (S) και εφαπτοµενική ή διατµητική (T)συνιστώσα.

� Ισχύει ότι Τ = Fσυνθ και S = Fηµθ.

F

S

T

θ

� Στα κύρια επίπεδα οι διατµητικές τάσεις µηδενίζονται.

� Σε οµογενή και ισότροπα σώµατα η µέγιστη τιµή της διατµητικής τάσης επιτυγχάνεται µε γωνία θ=45ο.

� Στα γεωλογικά σώµατα (ανισότροπα) η γωνία αυτή είναι µικρότερη και συνήθως θεωρείται 30ο.


6

Είδη παραµορφώσεων

� Μη περιστροφική παραµόρφωση.

� Περιστροφική παραµόρφωση.

� Οµοιογενής περιστροφική παραµόρφωση.

� Ανοµοιογενής περιστροφική παραµόρφωση.

� Συνδυασµός περιστροφικής και µη περιστροφικής παραµόρφωσης.

� Η πιο συνήθης µορφή παραµόρφωσης.


4

7

Μη περιστροφική παραµόρφωση (pure shear)

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


8

Μη περιστροφική παραµόρφωση -Προσοµοιώσεις


5

9



10



6

11

Περιστροφική παραµόρφωση(simple shear)

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


12

Περιστροφική παραµόρφωση -Προσοµοιώσεις


7

13



14



8

15

Τύποι ζωνών διάτµησης

� Οι 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).


16

Τύποι ζωνών διάτµησης

Θραυσιγενής Θραυσιγενής - Πλαστική Πλαστική

Αύξηση πάχους ζώνης διάτµησης


9

17

Αλλαγή συνθηκών µε το βάθος

Θραυσιγενήςπαραµόρφωση

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


18

(Sibson, 1977)


10

19

Χαρακτηρισµός 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


20

Παράγοντες που επηρεάζουν την παραµόρφωση σε ζώνες διάτµησης

� Μέγεθος καταπόνησης. Όσο περισσότερη καταπόνηση δεχτεί ένα πέτρωµα, τόσο περισσότερο θα παραµορφωθεί.

� Συνθήκες πίεσης. Μεγαλύτερη πίεση οδηγεί σε αύξηση της φύλλωσης του πετρώµατος.

� Συνθήκες θερµοκρασίας. Αύξηση της θερµοκρασίας οδηγεί σε ανακρυστάλλωση του υλικού.

� Ρυθµός παραµόρφωσης. Μεγαλύτερος ρυθµός παραµόρφωσης οδηγεί σε αύξηση της µηχανικής παραµόρφωσης αντί για ανακρυστάλλωση.


11

21

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.


22

∆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.


12

23

Πειραµατικά µοντέλα δηµιουργίας θραυσιγενών ζωνών διάτµησης σε ρήγµατα οριζόντιας µετατόπισης.

a, b, c: δεξιόστροφη ζώνη.

d: αριστερόστροφη ζώνη.


24

∆ιατµητικές διαρρήξεις R και R’

Πτυχές

Κανονικά ρήγµατα

Ανάστροφα ρήγµατα


13

25

Πλαστικές ζώνες διάτµησης

� Πλαστικές (ductile) ζώνες διάτµησης.

� Σχηµατίζονται στο µέσο και κατώτερο φλοιό, κυρίως σε συνθήκες µεταµόρφωσης.

� Χαρακτηρίζονται από µυλωνιτιωµένα πετρώµατα.

� Το πάχος των ζωνών αυτών είναι σηµαντικά µεγαλύτερο από αυτό των αντίστοιχων ρηξιγενών.


26

∆οµές πλαστικών (ductile) ζωνών διάτµησης

� Οι δοµές αυτές δηµιουργούνται από αναδιάταξη και ανακρυστάλλωση ορυκτών.

� S: επίπεδα κύριας σχιστότητας.� C: επίπεδα διάτµησης,

παράλληλα ή υποπαράλληλα µε τα όρια της ζώνης διάτµησης.

� C’: επίπεδα διάτµησης υπό γωνία µε τα όρια της ζώνης διάτµησης.

� C”: συζυγή επίπεδα των C’(παρατηρούνται σπάνια).


14

27

Παραδείγµατα σχέσεων επιπέδων C και S.


28

Πώς σχηµατίζονται οι πλαστικές ζώνες διάτµησης;

� Σχηµατίζονται λόγω διαφορικής ταχύτητας ολίσθησης κατά µήκος των c-επιπέδων.

� Η διαφορά στην ταχύτητα ολίσθησης οφείλεται στο φαινόµενο της ροής (τεκτονική ροή – tectonic flow – στην περίπτωση των ζωνών διάτµησης) και παρατηρείται σε πλήθος φυσικών διεργασιών που σχετίζονται µε ροή.


15

29

Προσοµοίωση δηµιουργίας µίας πλαστικής ζώνης διάτµησης


30

Προσοµοίωση δηµιουργίας µίας πλαστικής ζώνης διάτµησης


16

31

Αλλαγή της γωνίας φύλλωσης σε µία ζώνη διάτµησης σε σχέση µε την παραµόρφωση.

Η γωνία κλίσης µειώνεται λογαριθµικά µε την αύξηση της παραµόρφωσης.


32

Πληροφορίες ζωνών διάτµησης

� Οι ζώνες διάτµησης µπορούν να µας δώσουν πληροφορίες σχετικά µε:

� Τη σχετική χρονολόγηση παραµορφωτικών φάσεων.

� Τη διακρίβωση της φοράς κίνησης (shear sense) µε τη χρήση κινηµατικών δεικτών.

� Οι παρατηρήσεις γίνονται σε µεσο- και µικρο- κλίµακα.


17

33

Σχετική χρονολόγηση παραµορφωτικών φάσεων

� Η σχετική χρονολόγηση παραµορφωτικών φάσεων γίνεται µε την παρατήρηση της επικάλυψης των παραµορφωτικών δοµών και τη σειρά κρυστάλλωσης ορυκτών που σχετίζονται µε παραµόρφωση και/ή µε µεταµόρφωση.

� Η µελέτη των σχέσεων αυτών µπορεί να δώσει µόνο σχετική χρονολόγηση των παραµορφώσεων, όχι απόλυτη.


34

Σχετική χρονολόγηση παραµορφωτικών φάσεων µε τη βοήθεια ζωνών διάτµησης. Η αρχική σχιστότητα S1 επηρεάζεται από τη µεταγενέστερη

σχιστότητα S2 η οποία προήλθε από τις ζώνες διάτµησης.12:07 chatzipetros.weebly.com

18

35

Κινηµατικοί δείκτες

� Λόγω της υψηλής παραµόρφωσης σε µία πλαστική ζώνη διάτµησης, παρατηρούνται διάφορες µορφές διάταξης των ορυκτών, από τις οποίες είναι δυνατόν να συναχθούν συµπεράσµατα για την κινηµατική της ζώνης.

� Οι µορφές αυτές ονοµάζονται κινηµατικοί δείκτες και πρέπει να συνδυάζονται και µε ευρύτερες παρατηρήσεις υπαίθρου.


36

Μετατοπισµένες δοµές

� Σε ορισµένες περιπτώσεις είναι δυνατό να συναχθεί η φορά κίνησης και το µέγεθος της µετατόπισης µίας ζώνης διάτµησης από τη σχετική θέση υπαρχουσών δοµών (markers).

� Είναι ανάλογο φαινόµενο του άλµατος στα ρήγµατα.


19



20

39

D1

D2

D3


40

∆ιάταξη κρυστάλλων

� Σε µία πλαστική ζώνη διάτµησης οι κρύσταλλοι των ορυκτών αναδιατάσσονται και αλλάζουν τον προσανατολισµό τους. Ο µέγιστος άξονάς τους τείνει να γίνει παράλληλος µε τα επίπεδα διάτµησης.

� Συχνά η αναδιάταξη των ορυκτών συνοδεύεται από ορυκτογένεση, διάλυση και µεταφορά υλικού, και δηµιουργία νέων δοµών.

� Μεγάλη σηµασία έχουν οι µηχανικές και χηµικές ιδιότητες του πετρώµατος, καθώς και οι συνθήκες παραµόρφωσης (P-T).


21

41

∆ιάφορα είδη κινηµατικών δεικτών σε ζώνες διάτµησης (White et al., 1986).

Περιστροφή της σχιστότητας στα όρια της ζώνης.

Ασυµµετρία µικροπτυχώσεων µέσα στη ζώνη.

Ασυµµετρία s και c

επιφανειών.

Μετατόπιση τεµαχών

πορφυροβλαστών.Ασυµµετρία

πορφυροβλαστών.

Ασυµµετρία χαρακτηριστικών

κλαστών µαρµαρυγία (mica fish)


42

Πορφυροκλάστες και Πορφυροβλάστες

� Πορφυροκλάστες: υπολειµµατικοί κρύσταλλοι του πρωτολίθου.� Πορφυροβλάστες: κρύσταλλοι ορυκτών οι οποίοι

σχηµατίστηκαν κατά τη διάρκεια ή µετά από µία παραµορφωτική φάση. ∆ιακρίνονται σε δύο τύπους (Barker, 1990):� σ-πορφυροβλάστες. Κρύσταλλοι µε συµµετρικές

«ουρές» ανακρυσταλλωµένου υλικού. Ρυθµός ανακρυστάλλωσης > ρυθµός διάτµησης. � δ-πορφυροβλάστες. Κρύσταλλοι µε ασύµµετρες

«ουρές» ανακρυσταλλωµένου υλικούΡυθµός ανακρυστάλλωσης < ρυθµός διάτµησης.


22

43σ-πορφυροβλάστης


44δ-πορφυροβλάστης12:07 chatzipetros.weebly.com

23


46δ-πορφυροβλάστης µορφής «χιονόµπαλας» (snowball)12:07 chatzipetros.weebly.com

24

47

Πορφυροβλάστες

Προσοµοίωση περιστροφής ενός πορφυροβλάστη σε µία ζώνη διάτµησης σε συνθήκες περιστροφικής παραµόρφωσης.


48

Μορφές πορφυροβλαστών σε διαφορετικές τιµές διατµητικής παραµόρφωσης.

Μορφή πορφυροβλάστη σε τρεις διαστάσεις.


25

49

Πτυχές τύπου sheath

� Οι πτυχές τύπου sheath αναπτύσσονται µέσα σε ζώνες διάτµησης και παραµορφώνουν την υφή του πετρώµατος, χωρίς όµως απαραίτητα να οφείλονται σε διαφορετική φάση παραµόρφωσης.

� Έχουν πολύ χαρακτηριστική µορφή και είναι καλοί δείκτες της φοράς κίνησης σε µία ζώνη διάτµησης.


50

Μορφολογία πτυχών τύπου sheath


26

51

Μία πτυχή τύπου sheath µε χαρακτηριστική οφθαλµοειδή εµφάνιση.



27

53

Συµπεράσµατα

� Η ανάλυση των ζωνών διάτµησης µπορεί να δώσει πολύτιµα συµπεράσµατα σχετικά µε � την κινηµατική της περιοχής µελέτης (φορά κίνησης,

µετατόπιση, κλπ).

� την ιστορία παραµόρφωσης (παραµορφωτικές φάσεις, σχετική χρονολόγηση, µεταµόρφωση, κλπ).

� Το είδος και το µέγεθος της ζώνης διάτµησης δίνει στοιχεία για τις επικρατούσες φυσικοχηµικές συνθήκες και οδηγεί σε συµπεράσµατα σχετικά µε το βάθος παραµόρφωσης.


ΦΥΣ17 - Ζώνες διάτμησης

Documents

Transcript of ΦΥΣ17 - Ζώνες διάτμησης