X
تبلیغات
Geology Science - اهمیت و کاربرد های تكتونيك (Tectonic) و زمین شناسی ساختمانی

Geology Science

مطالب تخصصی زمین شناسی

اهمیت و کاربرد های تكتونيك (Tectonic) و زمین شناسی ساختمانی

اهمیت و کاربرد های تكتونيك (Tectonic) و زمین شناسی ساختمانی

Tectonic : The study of processes that move and deform Earth's crust. Describing the forces that cause the movements and deformation of Earth’s crust on a large scale, also describes the resulting structures or features from these forces.

هر کسي که با زمين شناسي سر و کار داشته باشد، تشخيص مي‌دهد که پوسته زمين در طي تاريخ زمين شناسي يک واحد ثابت و غير متغيري نبوده است بلکه به کرات در برابر عوامل داخلي و خارجي در آن تغيير شکل ايجاد شده است. شاهد اين مدعي وجود نواحي عظيم چين خورده يعني سلسله کوههاست که در آن رسوبات و سنگهاي ديگر فشرده شده و فرم آنها تغيير کرده است.

عامل ديگر رسوبات دريايي است که اينک در قلل مرتفع کوهها ديده مي شود و در برخي موارد هزاران متر از سطح دريا بالاتر قرار گرفته است و اين خود ناپايداري قشر زمين را نشان مي‌دهد. بطور کلي مي‌توان گفت که زمين شناسي ساختماني و تکتونيک ، درباره ساختهاي مختلف سنگهاي تشکيل دهنده پوسته زمين، چگونگي تشکيل و ارتباط آنها با عوامل داخلي زمين بحث مي‌کند.

 

اهميت و کاربرد زمين شناسي ساختماني

زمين شناسي ساختماني در بين ساير علوم زمين شناسي ، موقعيت خاصي را داراست. مثلا تهيه نقشه زمين شناسي محل ، بدون آگاهي به نوع ساختمانهاي منطقه ، غير ممکن است. زيرا بدون توجه به ساختمانهاي موجود ، ارتباط واحدهاي مختلف زمين شناسي امکان پذير نيست. از سوي ديگر مواد معدني ، در ساختمانهاي خاص زمين شناسي متمرکز مي‌شوند.

مثلا نفت و گاز طبيعي بيشتر در قسمتهاي بالاي تاقديسها جمع مي‌شوند و با شناسايي اين ساختمانهاست که مي‌توان امکان وجود آنها را بررسي کرد. همچنين بسياري از موارد معدني بصورت رگه تشکيل مي‌شوند که اين رگه‌ها ، معمولا در امتداد گسلهاي موجود در منطقه تشکيل مي‌شوند. در بسياري موارد ، در اثر وجود گسلها و شکستگيها ، گسترش ماده معدني در يک منطقه قطع مي شود و براي پيدا کردن مجدد آن ، آگاهي به مشخصات تکتونيکي منطقه ، ضروري است.

آشنايي به وضعيت ساختماني منطقه ، کمک موثري در مطالعه آبهاي زيرزميني است. زيرا گسلها و شکستگيها ، مجراهاي مناسب جهت عبور آبهاي زيرزميني مي‌باشد. شناسايي دره ها و گسلهاي ناحيه ، يکي از بهترين مراحل مقدماتي حفر تونلها و احداث سدها به شمار مي‌آيد.

 

انواع بررسي‌هاي زمين شناسي ساختماني

- بررسي بر اساس وضعيت هندسي

در اين نوع تقسيم‌بندي ، ساختمانهاي مختلف زمين از نظر شکل هندسي مورد توجه قرار گرفته و به انواع چين‌ها ، گسل ، درزه‌ها و … تقسيم مي‌شوند.

 

- بررسي از نقطه نظر سينماتيکي

در اين بررسي ، اشکال مختلف زمين‌شناسي ، از نقطه نظر نحوه حرکات پوسته زمين ، که منجر به ايجاد ساختمان مذبور شده است، مورد بررسي قرار مي‌گيرند. در حقيقت در اين حالت چگونگي تشکيل ساختمانهاي مختلف ، مطالعه مي شود.

 

- بررسي تاريخي

مقصود از اين بررسيها ، مطالعه چگونگي تشکيل ساختمانهاي مختلف ، در دوره‌هاي خاص زمين‌شناسي است. زيرا بطوري که مي‌دانيم، در دوره‌هاي مختلف دوران زمين شناسي ، حرکات تکتونيکي مختلفي وجود داشته است.

 

- بررسي از نظر ديناميکي

در اين بررسي ، رابطه نيروهاي موثر بر سنگهاي زمين و ساختمانهاي حاصله ناشي از آنها مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

 

گسل ها (Faults)

A fracture or fracture zone in rock along which movement has occurred.

گسلها شکستگيهايي در پوسته زمين هستند که در طول آنها تغيير شکلهاي قابل توجهي ايجاد شده است. گاهي اوقات گسلهاي کوچک در ترانشه هاي جاده، جائي که لايه هاي رسوبي چند متر جابجا شده اند، قابل تشخيص هستند. گسلهايي در اين مقياس و اندازه معمولا بصورت تک گسيختگي جدا اتفاق مي¬افتد. در مقابل گسلهاي بزرگ، شامل چندين صفحه گسل درگير مي¬باشند. اين منطقه هاي گسله، مي¬توانند چندين کيلومتر پهنا داشته باشند و معمولا از روي عکسهاي هوايي راحتتر قابل تشخيص هستند تا سطح زمين.

در واقع حضور گسل در يک منطقه نشان مي¬دهد که در يک زمان گذشته، در طول آن جابجايي رخ داده است. اين جابجايي¬ها مي¬توانسته يا بصورت جابجائي آرام باشد که هيچ گونه لرزشي در زمين ايجاد نمي¬کند و يا اينکه بصورت ناگهاني اتفاق بيفتد که جابجايي هاي ناگهاني در طول گسلها عامل ايجاد اغلب زلزله ها مي¬باشد.  بيشتر گسلها غير فعال هستند، و باقيمانده¬اي از تغيير شکلهاي گذشته مي¬باشند. در امتداد گسلهاي فعال، حين جابجائي فرسايشي دو قطعه پوسته¬اي در کنار هم، سنگها شکسته و فشرده مي¬شوند. در سطح صفحات گسلي، سنگها بشدت صيقلي و شياردار مي¬شوند. اين سطوح صيقلي و شياردار به زمين شناسان در شناخت جهت آخرين جابجايي ايجادشده در طول گسل کمک مي¬کند. که زمين شناسان بر اساس جهت حرکت گسلها، آنها را به انواع مختلفي تقسيم بندي مي¬کنند که در قسمت انواع گسلها به اين تقسيم بندي مي¬پردازيم.

 

مشخصات گسلها

براي تعريف گسلها، از مشخصات هندسي آنها، يعني موقعيت قرارگيري آنها در يک فضاي سه بعدي، استفاده مي¬شود که عمده¬ترين اين مشخصات هندسي راستا و شيب مي¬باشند. شناخت اين پارامترها در سطح، زمين شناسان را قادر مي¬سازد تا ساختار سنگها و گسلها را در زير زمين و قسمتهاي دور از ديدشان، پيشبيني نمايند.

 

راستا:جهت و راستاي خط تلاقي صفحه گسل با افق تحت عنوان راستا شناخته مي¬شود. راستا معمولا بصورت زاويه¬اي با شمال مشخص مي¬گردد. براي مثال عبارت N20E نشان مي¬دهد که راستاي گسل 20 درجه به سمت شرق نسبت به جهت شمال متمايل است.

 

شيب:عبارتست از شيب سطح يک توده سنگي يا صفحه گسل، نسبت به صفحه افق. شيب شامل زاويه انحراف و نيز جهت آن ميباشد. جهت متصور شدن شيب يک گسل، بخاطر سپاري اين نکته است که آب هميشه در صفحه موازي با شيب گسل به سمت پايين جاري خواهد شد.

 

براي نمايش گسلها بر روي نقشه¬هاي زمين شناسي، بدين ترتيب عمل مي¬شود که با يک خط راستاي گسل را نشان ميدهند و با يک خط کوتاهتر و عمود بر خط قبلي، جهت شيب را مشخص کرده و درجه شيب را در کنار آن مينويسند.

 

انواع گسلها

تقسيم بندي گسلها فقط بر اساس هندسه و جهت جابجائي نسبي ايجاد شده در آنها صورت مي¬پذيرد. گسلهاي راستا لغز و گسلهاي شيب لغز دو تقسيم بندي کلي گسلها ميباشند که در زير تعاريف مربوط به آنها آورده مي¬شود.

 

» گسلهاي امتداد لغز (strike slip fault)

A fault with horizontal displacement, typically caused by shear stress.

گسلهايي که امتداد اصلي لغزش در امتداد راستاي گسل باشد، گسل امتداد لغز ناميده ميشوند. بر اساس جهت حرکت در امتداد راستاي گسل، گسلهاي چپ گرد و يا راست گرد را ميتوان تشخيص داد. نحوه تشخيص بدين ترتيب است که اگر در يک سمت از گسل بايستيم و حرکت سمت ديگر را نظاره نماييم، اگر حرکت آن از سمت چپ به راست باشد، گسل راست گرد و در حالت برعکس چپ گرد خواهد بود. بعنوان مثال شکل زير يک گسل امتداد لغز راست گرد را نشان ميدهد.

 

» گسلهاي شيب لغز (Dip slip Fault)

A fault in which two sections of rock have moved apart vertically, parallel to the dip of the fault plane.

گسلهايي که امتداد اصلي لغزش موازي جهت شيب گسل باشد، گسلهاي شيب لغز ناميده مي¬شوند. گسلهاي شيب لغز نرمال و معکوس بر اساس جهت حرکت دو قطعه نسبت به هم تعريف ميشوند. در صورتي که نيروي وارده فشاري بوده و دو قطعه را به هم نزديک کند، گسل شيب لغز معکوس و در صورت دو شدن دو قطعه از هم گسل شيب لغز نرمال ناميده مي شود.

بر اساس حرکتهاي قائم دو قطعه نسبت به هم، فرا ديواره و فرو ديواره قابل تشخيص است. در زبان انگليسي به فرا ديواره Hanging wall ( ديواره آوريز ) و به فرو ديواره Footwall اطلاق مي شود. دليل اين نامگذاري برميگردد به معدنکاراني که در معادن زير زميني کار ميکردند. چون غالبا معادن در محل تقاطع دو قطعه قرار دارند، فرا ديواره سقف معادن را تشکيل ميدهد که محل آويزان کردن چراغها در داخل معادن بود (Hanging wall) و فرو ديواره کف معدن يا محلي که پا بر روي آن قرار ميگيرد است که به آن Footwall اطلاق مي شود. در زبان فارسي از دو اصطلاح فرا ديواره و فرو ديواره براي نامگذاري استفاده مي شود.

در عمل لغزش گسل، ترکيبي از شيب لغز و راستا لغز مي¬باشد که گسل مايل ناميده مي شود. در شکل زير تمام حالتهاي ممکن به نمايش گذاشته شده است.

 

درزه ها (Joints)

The space between the adjacent surfaces of two members or components joined and held together by nails, glue, cement, mortar, or other means.

درزه‌ها عبارت از شکستگي‌هايي است که غالبا در سنگ مشاهده مي شود. مهمترين مشخصه درزه‌ها اين است که در اين نوع شکستگي‌ها ، حرکت نسبي به موازات صفحه شکستگي وجود ندارد و در صورتي که در اين سطح حرکتي وجود داشته باشد، شکستگي حاصله را گسل مي‌نامند. بايستي توجه داشت که در بسياري موارد ممکن است سنگهاي موجود در دو طرف سطح شکستگي در امتداد عمود بر اين سطح حرکت کنند. 

در بعضي موارد ممکن است اين حرکت به چندين سانتيمتر برسد. ابعاد درزه‌ها از چند سانتيمتر تا چندين صد متر تغيير مي‌کند. سطح درزه‌ در بسياري موارد يک سطح مستوي است اما ممکن است در بعضي حالات ، به صورت يک سطح غير مستوي باشد. در غالب موارد ، سطح درزه محدود و در حقيقت به حالت بسته است، اما در مراحل بعد، در اثر هوازدگي ، ممکن است درزه گسترش يافته و در سطح برسد و به صورت يک درزه باز در آيد.

 

طبقه‌بندي درزه‌ها

درزه‌ها را از نظرهاي گوناگون طبقه‌بندي مي‌کنند، که در زير به شرح آنها مي‌پردازيم :

 

- تقسيم بندي هندسي :

در اين تقسيم بندي درزه‌ها بر اساس وضعيت درزه نسبت به امتداد لايه‌بندي سنگهاي مجاور طبقه‌بندي مي‌شوند. در اين تقسيم بندي انواع درزه‌هاي زير را مي‌توان تشخيص داد:

 

درزه امتدادي : درزه امتدادي نوعي از درزه است که امتداد آن موازي يا تقريبا موازي امتداد لايه‌بندي طبقات اطراف است.

 

درزه‌ شيبي : درزه شيبي درزه‌اي است که امتداد آن موازي يا تقريبا موازي خط بزرگتري شيب سطح لايه‌بندي طبقات اطراف است.

 

درزه طبقه‌اي : اگر سطح درزه موازي سطح لايه‌بندي سنگها باشد درزه طبقه‌اي نام دارد.

 

درزه مايل : اگر امتداد درزه نسبت به امتداد يا خط بزرگترين شيب سطح لايه‌بندي سنگهاي اطراف بر حالت غير مشخص باشد، به اين نام خوانده مي شود.

 

- تقسيم بندي جغرافيايي درزه‌ها :

در بعضي موارد درزه‌ها را بر مبناي وضعيت امتداد درزه‌ نسبت به امتداد شمال تقسيم‌بندي مي‌کنند. مثلا اگر امتداد درزه شمالي جنوبي باشد، به نام درزه شمالي جنوبي و در حالتي که امتداد آن شمال غربي ـ جنوب شرقي باشد به همين نام خوانده مي شود.

 

- تقسيم‌بندي بر اساس وضعيت درزه‌ها نسبت به هم :

در اين تقسيم‌بندي وضعيت درزه‌ها نسبت به هم مورد مطالعه قرار مي‌گيرد و بر اساس آن مي‌توان انواع درزه‌هاي زير را تشخيص داد:

 

درزه‌هاي منظم : اگر درزه‌هاي يک منطقه با هم موازي يا تقريبا موازي باشند، به نام درزه‌هاي منظم خوانده مي‌شوند. معمولا امتداد مشترک اين درزه‌ها امتداد محور چين خوردگي اصلي ناحيه و يا امتداد گسلهاي اصلي مي‌باشد.

 

درزه‌هاي نامنظم : اين درزه‌ها وضعيت مشخصي ندارند و بطور نامنظم پراکنده‌اند.

 

- تقسيم‌بندي زايشي درزه‌ها :

بر اساس مکانيسم ايجاد و توسعه درزه در سنگها آنها را به انواع ، درزه‌هاي کششي ، درزه‌هاي برشي ، درزه‌هاي ستوني و درزه‌هاي رهايي و غير تفکيک مي‌کنند. همچنين درزه‌ها را بر اساس عوامل به وجود آورنده آنها به انواع ناشي از عملکرد فرآيند‌هاي تکتونيکي و انواع ناشي از عوامل غيرتکتونيکي تقسيم مي‌شوند.

 

سازوکار ايجاد درزه‌ها

عوامل به وجود آورنده درزه‌ها را بطور کلي به دو گروه عوامل تکتونيکي و عوامل غيرتکتونيکي تقسيم مي‌کنند:

 

عوامل تکتونيکي ايجاد درزه‌ها :

پس از اينکه سنگ تحت تاثير تنش قرار گرفت، ابتدا در آن تغيير شکل الاستيک ايجاد مي شود و پس از آن مي‌شکند (در حالت معمولي سنگهاي حالت شکننده دارند) ، ولي تحت فشارهاي محصور کننده و حرارت بالا ، بسياري از سنگها پس از مرحله الاستيک وارد مرحله تغيير شکل پلاستيک مي‌شوند و نهايتا در اين شرايط سنگ خواهد شکست. شکستگيهاي حاصله در سنگها را مي‌توان به دو دسته زير تقسيم کرد

 

»»  شکستگي‌هاي کششي :

اگر سنگي تحت تاثير کشش قرار گيرد، در امتداد عمود بر کشش ، شکستگيهايي در سنگها ايجاد مي شود. شواهد صحرايي براي تشخيص اين شکستگيها ، ديواره خشن است، ضمنا چون شکستگي تحت تاثير کشش ايجاد شده است، بين دو ديواره شکستگي ، يک باز شدگي ديده مي شود که گاهي اوقات ممکن است توسط رگه‌هاي معدني يا غيرمعدني پر شده باشد.

 

شکستگي‌هاي کششي ناشي از تنش‌هاي فشارشي :

 اگر يک بلوک سنگي تحت تاثير تنش‌هاي فشارشي قرار گيرد، دو سري شکستگي در سنگها ظاهر خواهد شد، به طوري که سطح اين دو سري درزه با هم زاويه 90 درجه تشکيل مي‌دهند. محل تلاقي اين دو صفحه موازي با امتداد تنش فشارشي است. اين شکستگي‌ها تحت عنوان شکستگي کششي شناخته شده است.

 

شکستگي‌ رهايي:

نوع ديگر از شکستگي‌هاي کششي که در اثر پي‌آمدهاي بعد از فشارش ايجاد مي شود، شکستگي رهايي است. اگر نمونه سنگي را به جاي اين که در هواي آزاد تحت فشار قرار گيرد، در يک محيط با فشار همه جانبه واقع شود و آنگاه بر آن فشار وارد آيد، پس از حذف نيروهاي فشارشي ، شکستگي‌هاي متعدد در جهت عمود بر امتداد نيروي فشارشي در جسم به وجود مي‌آيد. اين نوع از شکستگي کششي را رهايي مي‌نامند.

 

شکستگيهاي کششي در اثر نيروهاي کوپل :

اگر جسمي تحت تاثير نيروهاي کوپل قرار گيرد، مثل اين است که نيروهاي فشارشي و کششي بطور همزمان بر آن موثر بوده‌اند. پس بطور همزمان در جسم تغيير شکل‌هاي ميدانهاي کشش و فشارش ايجاد مي‌شوند.

 

»» شکستگي‌هاي ناشي از تنش‌هاي پيچشي :

علاوه بر کشش ، فشارش و کوپل عامل ديگري تحت عنوان پيچش مي‌تواند، شکستگي‌هاي را در سنگها ايجاد کند. وقتي يک جسم صفحه‌اي تحت تاثير پيچش قرار گيرد، تنش‌هاي حاصله در آن به صورت تنش‌هاي کشش ، فشارشي و برشي جلوه‌گر مي شود.

 

- فرآيند‌هاي غيرتکتونيکي ايجاد درزه‌ها :

عواملي مانند انقباض ناشي از سر شدن ، يا خشک شدن اجسام ، تنش‌هاي باقيمانده در توده‌ها ، حرکات سطحي زمين و اثر متقابل جنس‌ لايه‌ها در گسترش اين نوع درزه‌ها موثر مي‌باشند.

 

درزه‌هاي ستوني :  اين درزه‌ها نوعي از درزه‌هاي کششي هستند که بر اثر کاهش حجم در سنگها ايجاد مي‌شوند، اين نوع درزه‌ها معمولا در توده‌هاي آذرين بوجود مي‌آيند که در اثر آن گدازه به شکل منشورهايي ايجاد مي شود. امتداد این درزه ها در امتداد تنش بیشینه است.

 

درزه‌هاي ناشي از هوازدگي :   معمولا سنگها مستقيما و يا به طور غير مستقيم و از طريق سنگهاي اطراف تحت تاثير هوازدگي قرار مي‌گيرند. به علت حرکت جداگانه قطعات سنگها در ناحيه هوازده اغلب درزه‌هايي در آنها به وجود مي‌آيد.

 

ساخت ورقه‌اي يا برگواري :  پديده ورقه ورقه شدن به علت توسعه درزه‌هايي است که سنگ را به پوسته‌هايي که انحناي کمي داشته و تقريبا به موازات سطح توپوگرافي است، تقسيم مي‌کنند.

 

درزه‌ها در ارتباط با ساختمانهاي محلي و توپوگرافي :

اين درزه‌ها شامل موارد زير مي‌باشند:

- درزه‌ها در سنگهاي لايه‌اي يا سنگهايي که به نحوي حالت لايه‌اي دارد، عموما عمود بر لايه‌بندي قرار مي‌گيرند و فواصل آنها تابع نوع سنگ و ضخامت لايه است.فواصل درزه‌ها با ازدياد ضخامت لايه افزايش مي‌يابد.

درزه‌هاي ابتدايي تشکيل شده در سنگهاي آذرين ، عمود به سطح خارجي پيکره آذرين دروني است.

درزه‌هايي که در ارتباط با چين خوردگي هستند، متنوع و شامل درزه‌هاي طولي ، عرضي و مورب مي‌باشند.

 

- ارتباط درزه‌ها با پديده‌هاي ساختماني

 

- گسترش درزه‌ها در ارتباط با چين خوردگي: 

در بسياري از حالات درزه‌هاي متعددي در حوالي چين‌ها مشاهده مي‌شوند. اين درزه‌ها در اثر نيروهايي که لايه‌ها را چين داده‌اند، بوجود آمده‌اند. ذکر اين نکته لازم است که ممکن است درزه‌ها بعد از چين خوردگي نيز بر ساختار ناحيه اضافه شوند. پس مي‌توان آنها را به دو گروه ، درزه‌هاي همزمان با چين خوردگي و درزه‌هاي بعد از آن تقسيم نمود:

 

درزه‌هاي کششي :  بعضي از درزه‌هايي که در حوالي چين‌ها ديده مي‌شوند، بر محور چين عمودند. اين درزه‌ها را مي‌توان به عنوان درزه‌هاي کششي در نظر گرفت زيرا هنگامي که طبقات ، در امتداد عمود بر محور چين تحت فشارش قرار گرفته و چين‌ها را به وجود مي‌آورند، در امتداد محور چين تحت کشش واقع مي‌شوند، بنابراين در امتداد عمود بر محور چين ، درزه‌هايي به وجود مي‌آيد.

 

درزه‌هاي رهايي : درزه‌هاي رهايي ، درزه‌هايي هستند که به موازات سطح محوري چين‌ها به وجود مي‌آيند.

 

درزه‌هاي برشي :  معمولا دو دسته درزه که با هم زاويه 60 درجه تشکيل مي‌دهند، نيز در حول و حوش چين‌ها مشاهده مي‌شوند که مي‌توان آنها را به عنوان گستگي‌هاي برش تعبير کرد.

 

- گسترش درزه‌ها در ارتباط با گسل‌ها :

 

درزه‌هاي پرمانند :  درزه‌هاي پرمانند شکافهاي کششي مربتط با گسل خوردگي هستند. اين درزه‌ها ، در طرفين سطح گسل و طي زاويه حاده‌اي نسبت به آن تشکيل مي‌شوند. جهت زاويه حاده بيانگر جهت حرکت نسبي طبقات است.

 

درزه‌هاي برشي :  درزه‌هاي برشي متقاطع نيز مي‌توانند در ارتباط با گسل‌هايي باشند که به طور عرضي چين‌ها را قطع مي‌کند.

 

درزه‌هاي استيلوليتي:  انفصال سنگ که توسط دو سطح کم و بيش مسطح بوسيله قشر نازکي از رس ، ذغال سنگ ، کليست يا مواد ديگر پر شده باشد را استيلوليت يا درزه استيلوليتي گويند. اين درزه‌ها را سنگهاي آهکي بيشترين فراواني را دارند

 

زمين لغزش

حرکت و جابجايي بخشي از مواد دامنه در امتداد يک سطح گسيختگي مشخص را «لغزش» مي‌ناميم. در لغزشهاي دامنه‌اي تغيير شکل از نوع «برش ساده» است. لغزش انواع مختلف داشته و در هر نوع مصالحي مي‌تواند ايجاد شود. ويژگيهاي توده متحرک و شکل سطح گسيختگي معمولا به عنوان عوامل طبقه بندي لغزشها بکار گرفته مي‌شوند.

 

- انواع لغزشهاي دامنه‌اي

 

» لغزش انتقالي يا ساده

در لغزش انتقالي ، توده‌اي از مواد به روي يک سطح کم و بيش مسطوي به سمت پايين دامنه مي‌لغزند. شرايط زمين شناسي و در راس آن وجود ناپيوستگي هاي ساختي داراي جهت يابي مناسب ، از جمله عوامل ايجاد يک لغزش انتقالي است.

 

» لغزش دايره‌اي يا چرخشي

لغزش دايره‌اي يا چرخشي عمدتا در دامنه‌هاي خاکي و خرده سنگي طبيعي و مصنوعي و به مقدار کمتر در دامنه‌هايي که از سنگ خرد شده يا ضعيف و هوازده ساخته شده‌اند، ديده مي شود. در اين حالت گسيختگي در راستاي سطوحي منحني و قاشقي شکل ، که حداکثر تنش برشي را تحمل مي کنند، صورت مي‌گيرد. براي ايجاد يک لغزش دايره‌اي معمولا نياز به شرايط زمين شناسي ويژه و گسستگيهاي ساختي نيست.

 

» لغزش مسطوي در سنگ

اين نوع لغزش انواع مختلفي دارد. از آن جمله است لغزش يک يا چند واحد سنگي در امتداد يک يا چند سطح مسطوي ، سر خوردن يک قطعه کوچک يا ورقه‌اي از سنگ به روي دامنه ، لغزش توده عظيمي از سنگ و سرانجام لغزش گوه‌اي در امتداد فصل مشترک دو صفحه متقاطع.

 

شرايط مناسب براي لغزش مسطوي

سنگهاي لايه‌لايه رسوبي که شيبشان به سمت خارج دامنه و مقدار آن مساوي يا کمتر از شيب دامنه است.گسل‌ها ، درزها و فولياسيونهايي که سطوح ضعيف ممتدي را ساخته و سطح دامنه را قطع مي‌کنند.درزهاي متقاطع که گسيختگيهاي گوه‌اي را مي‌سازند.سنگ سخت و درزدار که سر خوردن قطعات سنگ را به همراه دارد. پوسته پوسته شدن در توده‌هاي گرانيتي که سرخوردن ورقه‌هايي از سنگ را باعث مي شود.

 

لغزش چرخشي در سنگ : در اين نوع لغزش توده‌اي قاشقي شکل از سنگ ، بر اثر لغزش در امتداد سطحي استوانه‌اي ، گسيخته مي شود. ايجاد ترکهايي در راس بخش ناپايدار و برآمدگيهايي در پاشنه آن نشانه‌هاي حرکات آغازين‌اند. پس از گسيختگي نيز معمولا پرتگاهي در بالاي دامنه و به هم ريختگيهايي در پايين آن متساعد مي شود. افزايش شيب دامنه ، هوازدگي و نيروهاي آب نشستي از دلايل اصلي اين نوع لغزشند.لغزش چرخشي در سنگهاي سخت يکپارچه ديده نمي شود.

 در مقابل درستيهاي دريايي و ديگر سنگهاي نرم ، همچنين در سنگهاي رسوبي لايه‌لايه به شدت درزدار و داراي لايه‌هاي ضعيف ، فراوان ايجاد مي شود. شيب طبيعي شيلهاي دريايي متورم شونده و به شدت ترکدار ، کم و پايدارسازي آنها معمولا مشکل است. اين نوع گسيختگيها معمولا پيشرونده و وسيع اند.

 

لغزش چرخشي در خاک : رايجترين نوع لغزش در خاک ، حرکت چرخشي يک يا چند قطعه از آن در امتداد سطوح استوانه‌اي است.

 

علل اصلي لغزش چرخشي در خاک

• نيروهاي آب نشستي

• افزايش شيب دامنه

• ساختهاي قبلي باقيمانده در خاک برجا

لغزشهاي چرخشي از ويژگيهاي رسوبات نسبتا صخيم خاک چسبنده و بدون سطوح ضعيف است. عمق سطح گسيختگي وابسته به شرايط زمين شناسي است. لغزشهاي عميق در زمينهاي رسي و لغزشهاي کم عمق در واريزه‌ها انجام مي شود. نشانه‌هاي اوليه اين نوع لغزش ، ترکهاي کششي در راس و برجستگيهاي در قاعده دامنه است.

 

گسترش جانبي و گسيختگي متوالي

نوعي گسيختگي صفحه‌اي است که سنگ و خاک ديده مي شود. در اينجا مواد در امتداد يک سطح ضعيف بطور جانبي تحت تنش قرار گرفته و متواليا بصورت قطعاتي مي‌شکنند. علل اصلي اين نوع لغزش عبارت است از نيروهاي آب نشستي و افزايش شيب و ارتفاع دامنه. اين نوع گسيختگي را معمولا نمي‌توان با روشهاي رياضي پيش بيني کرد. زيرا از قبل نمي‌توان محل تشکيل اولين ترک و در نتيجه اولين قطعه را مشخص کرد. با اين حال ، چون در انواع خاصي از سنگ و خاک ايجاد مي شود، تشخيص حالات ناپايدار بالقوه امکان پذير است. گسترش جانبي معمولا به تدريج توسعه يافته و مي‌تواند حجم زيادي داشته باشد. 

اين نوع گسيختگي در دره رودها رايج است و بطور مشخصي در رسهاي سخت شکاف‌دار ، شيلهاي رسي و لايه‌هاي افقي يا کم شيب ، که حاوي مناطق ضعيف ممتدي هستند، ديده مي شود. واريزه‌هايي که به روي خاک برجا يا سنگ داراي شيب ملائم قرار گرفته‌اند، متواليا بصورت گسترش جانبي گسيخته مي‌شوند. نشانه اين نوع گسيختگي در مراحل آغازين ترکهاي کششي است، البته در برخي شرايط مثل بارگذاري ناشي از زمين لرزه ، ممکن است ناگهاني باشد. در خلال گسترش پيشرونده ، ترکهاي کششي بار شده و پرتگاههايي ايجاد مي شود. گسيختگي نهايي ممکن است تا سالها اتفاق نيافتد.

 

لغزش واريزه

اين نوع لغزش به حرکت توده‌اي از خاک ، يا خاک و قطعات سنگ که بطور يکجا يا در واحدهاي جداگانه در روي يک سطح مسطوي پرشيب مي‌لغزند، اطلاق مي شود. اين لغزش اغلب حالت پيشرونده داشته و ممکن است به بهمن يا جريان منتهي شود. علل اصلي لغزش واريزه‌اي عبارتست از افزايش نيروي آب نشستي و شيب دامنه. اين نوع لغزش در جاهايي که واريزه‌ها يا خاک برجا به روي سطح شيبدار و نسبتا کم عمق سنگي قرار گرفته باشد، ايجاد مي شود. آغاز حرکت در اين نوع لغزش هم با ترکهاي کششي مشخص مي شود.

 

اهميت مطالعه گسل ها

در هر زون ساختماني روند نيروهاي تغيير شکل دهنده و در نتيجه جهت و امتداد چين ها و گسل ها متفاوت است.علاوه بر گسلهاي اصلي تعداد زيادي از شکستگي هاي فرعي به صورت دستجات گسلي دسته دوم و سوم و گاه چهارم نيز در هر منطقه ديده مي شودکه سرانجام به درزها و سيستم هاي درزي ختم مي شوند. گسلهاي فرعي،عموماً با گسلهاي اصلي موازي بوده و گاهي نيز بر حسب تغيير جهت نيروها و يا مقاومت متفاوت سنگها،شکستگي هاي اصلي را با زواياي متفاوت قطع مي کنند. به علاوه وجود عوامل فرعي مثلاً گنبدهاي نمک نيز در تغيير شکل روندهاي ساختماني اثر مهمي بجا مي گذارد.

در سالهاي اخير به کمک عکس هاي  ماهواره اي توانسته اند نقشه هاي دقيق سيستم گسلي مناطق مختلف ايران را ترسيم نمايند. به اين ترتيب حدو مرز شکستگي هاي اصلي و فرعي مشخص شد.

اهميت اين قيبل مطالعات و استفاده از عکس هاي  ماهواره اي در زمين شناسي مدرن امري اجتناب ناپذير بوده و تنها به ذکر چند مورد اشاره مي کنيم که شامل:

- مطالعه و شناخت دقيق روندهاي تکتونيکي کشور

- مطالعه و بررسي گسلهاي فعال کواترنر و امکان جابجايي و زلزله زايي آنها

- بررسي تغييرات ژئومورفولوژيکي

- بررسي موقعيت زمين شناسي معادن شناخته شده به منظور کشف وضعيت مشابه در نواحي ديگر

- مطالعات ژئوتکنيک در ارتباط با طرحهاي عمراني،سد سازي وجاده سازي.

 

کمپاس و کاربرد هاي آن

مهارت در استفاده از ابزار هاي زمين شناسي براي زمين شناس امروز بسيار مهم و اساسي به نظر مي رسد و مي تواند او را در برداشت هاي صحرايي بسيار کمک نمايد. کمپاس يکي از وسايل اصلي زمين شناسان در برداشت هاي صحرايي مي باشد که مهارت در استفاده از آن مي تواند يک زمين شناس حرفه اي را در رسيدن به هدفش کمک نمايد. کمپاس توسط بسياري از زمين شناسان براي نقشه برداري صحرايي از موضوعات زمين شناسي استفاده مي شود. زمين شناسان بيشترين استفاده را از کمپاس برانتون مي کنند اما باستان شناسان، مهندسين محيط زيست و نقشه برداران نيز از قابليت هاي اين وسيله استفاده مي نمايند. کمپاس برانتون در واقع يک قطب نماست که به دليل داشتن شيب سنج و قابليت حمل راحت به ساير قطب نماها برتري دارد و مي تواند به هر دو روش نشانه روي کمري و چشمي مورد استفاده قرار گيرد. اندازه گيري دقيق ساختار هاي زمين شناسي مانند خط لولاي يک چين، اثر سطح محوري و صفحه محوري و نقشه برداري زمين شناسي بدون استفاده از کمپاس برانتون غيرممکن و کاري نشدني است. در اين نوشتار ما کاربرد کمپاس برانتون را در اندازه گيري تغييرات خطي و صفحه اي ساختمان هاي زمين شناسي ( ساختماني، رسوبي و چينه شناسي) مرور مي کنيم و در مورد استفاده کمپاس در نقشه برداري و اندازه گيري مقاطع چينه شناسي ، اندازه گيري زوايا، ارتفاع و ... بحث مي نمائيم.جهت خواندن مطالب کامل و روش استفاده از کمپاس به این صفحه مراجعه کنید.

 

کمپاس برانتون ( قطب نماي جيبي )

نخستين بار يک زمين شناس کانادايي به نام D.W. Brunton کمپاس برانتون را طراحي کرد که سپس توسط کمپاني William Ainsworth در دنورامريکا ساخته شد. با وجود طراحي بادوام آن، آينه ظريف و بخش هاي شيشه اي آن در مقابل ضربه و رطوبت آسيب پذير بوده و پس از هر بار استفاده نياز به تعمير و آماده سازي براي استفاده مجدد داشتند. از سال 1972 برانتون هاي اصلي بوسيله کمپاني برانتون در ريورتون ايالت وايومينگ امريکا (Riverton, Wyoming) ساخته و به بازار عرضه شدند. نمونه هاي مشابه از آن به مرور زمان در سوئد، چين، ژاپن و آلمان ساخته شد و امروزه در بازار موجود است.

 

ساختمان کمپاس برانتون:

کمپاس برانتون از سه قسمت ، بدنه اصلي (box)، بازوي نشانه روي (sighting arm) و درپوش (lid)، تشکيل شده است.

1. بخش بدنه اصلي:

حاوي قطعات مهمي است که عبارتند از:

• عقربه (Needle)که داراي دو جهت است، يکي جهت شمال ( در کمپاس برانتون هاي اصلي عموما به رنگ سفيد است و در برخي نمونه هاي مشابه با N مشخص شده است) و ديگري که به رنگ سياه است جهت جنوب را نشان مي دهد.

• تراز چشم گاوي (Bull's eye level) تراز کروي که براي خواندن زواياي افقي استفاده مي شود.

• تراز شيب سنج (Clinometer level) يا همان تراز استوانه اي.

• صفحه مدرج شيب سنج (Clinometer Scale) براي خواندن زواياي قائم.

• دستگاه تعديل (Damping mechanism) براي تخفيف در حرکت نوساني عقربه و پايداري بيشتر آن،

• دکمه قفل کننده عقربه (Lift pin

• پيچ برنجي کناري و ميخ شاخص(Side brass screw and Index pin) براي تنظيم و نشان دادن انحراف مغناطيسي.

• صفحه دايره مدرج (Graduated circle) براي خواندن امتداد.

نوک شمالي عقربه در نيمکره شمالي که زاويه انحراف مغناطيسي به سمت پايين است به سمت صفحه مدرج نزديک مي شود. يک وزنه کوچک الحاقي به سمت جنوبي عقربه اضافه شده است تا تعادل را در عقربه فراهم سازد. چنانچه کمپاس در نيمکره جنوبي يعني جايي که انحراف مغناطيسي به سمت بالاست استفاده شود بايد وزنه عقربه آن بر روي بخش شمالي عقربه بسته شود تا تعادل ايجاد گردد. براي عدم خطا در تشخيص عقربه سمت شمال بهتر است هميشه به وزنه دقت کنيم.

 

قسمت هاي مختلف کمپاس و قطب نماي معمولي

 2.درپوش:

بوسيله يک لولا به بدنه متصل مي گردد و شامل:

• يک آينه(Mirror) با يک خط محوري.

• پنجره نشانه روي بيضوي شکل(Sighting window)براي نشانه روي به روش هاي کمري و چشمي.

• روزنه ديد (Sight).

 

3. بازوي بلند نشانه روي:

بوسيله يک لولا به بدنه متصل شده داراي:

• شکاف بيضوي کشيده بر روي طول خود براي مشاهده ساختار هاي خطي.

• نوک نشانه روي خم شونده(Sighting tip) براي تراز کردن خط ديد.

 

صفحه مدرج کمپاس برانتون بر مبناي دو مقياس قديمي طراحي شده است.

مقياس آزيموت: که در آن براي نشان دادن جهات از سه رقم استفاده مي شود به عنوان مثال براي شمال 000 يا 360 درجه و براي جنوب 180 درجه. در اين مقياس تنها جهت شمال مبناي اندازه گيري ها است و يک راستا بر مبناي جهت گيري آن نسبت به شمال از 0 تا 360 درجه تعيين موقعيت مي شود.

مقياس ربع دايره ( بيرينگ ): که در آن از حروف و ارقام استفاده مي شود ( مثل N60oE, S20oW) در چهار ربع 90 درجه (NE, SE, SW, NW) مدرج شده است. راستاي شمال و جنوب به ترتيب در بالا و پايين صفر درجه را نشان مي دهند. در اين مقياس شمال و جنوب مبناي اندازه گيري منظور مي شوند.

 

مقياس هاي آزيموت و بيرينگ براي تعيين جهات جغرافيايي

راستاي يک خط بر روي زمين بوسيله موقعيت آن خط مشخص مي شود، که زاويه افقي بين خط و مرجع (معمولا شمال در بيرينگ و 000 در مقياس آزيموت ) مي باشد. البته مرجع در مقياس بيرينگ، هنگامي که راستاي يک ساختار به سمت جنوب خوانده مي شود، جنوب هم مي تواند باشد.

موقعيت E و W در صفحه مدرج معکوس است، يعني E در سمت چپ صفحه مدرج ( معادل شماره 9ساعت ) و W در سمت راست صفحه ( معادل شماره 3 ساعت) بر روي صفحه مشخص شده اند. اين حالت براي اصلاح در خواندن زاويه طراحي شده است. شايان ذکر است حتي وقتيکه صفحه مدرج چرخانده مي شود، نوک شمال (سفيد رنگ) عقربه کمپاس هميشه رو به شمال قرار مي گيرد. براي مثال براي خواندن زاويه 045 ، ما صفحه را تراز کرده و به سمت راست شمال (جهت عقربه هاي ساعت ) مي چرخيم، اما نوک شمال عقربه به سمت چپ شمال مي گردد ( خلاف عقربه هاي ساعت )، يعني جايي که شرق برروي صفحه مدرج حک شده است و ما زاويه صحيح را قرائت مي کنيم.

 

نگهداري و تنظيمات کمپاس:

کمپاس دستگاهي دقيق و حساس است و هرگز نبايد هنگام قدم زدن کمپاس را به صورت درباز حمل نمود. چنانچه کمپاس در حين عمليات صحرايي آسيب ببيند چنانچه آينه و شيشه محافظ اضافي به همراه داشته باشيم مي توانيم آن را تعويض کنيم، اما اگر لولا خم شود و يا محفظه هاي تراز بشکند، بايد کمپاس را براي تعمير به کارخانه سازنده فرستاد. چنانچه کمپاس در هواي باراني مورد استفاده قرار گيرد و يا آب به درون آن نفوذ کند، بايد کمپاس را باز کرده و آن را خشک کنيم چراکه اگر تکيه گاه عقربه خيس باشد، عقربه صحيح عمل نخواهد کرد. آينه کمپاس را مي توان با ضربه زدن به زائه کوچک نگهدارنده و برداشتن يک واشر فنري شبيه واشري که بر روي جعبه است، بيرون آورده و آينه جديد را جايگزين آن کرد. اين آينه را بايد طوري قرار دهيم که خط سياه نشانه روي آن در زاويه اي عمود بر محور لولاي درپوش کمپاس قرار گيرد. اين کار را مي توانيم با چرخاندن آينه تا زماني که خط نشانه روي آينه از وسط دريچه نشانه روي بگذرد، انجام دهيم. عمل ميزان را سپس با بستن درپوش کمپاس بر روي نوک برگردانده شده بازوي نشانه روي و مشخص نمودن تطابق نوک بازو با خط وسط آينه امتحان کنيم.

 انحراف مغناطيسي و تصحيح کمپاس:

زمين داراي قطب هاي جغرافيايي يا شمال و جنوب حقيقي يعني جايي که محور هاي چرخش زمين سطح آن را قطع مي کنند، و قطب هاي مغناطيسي است، يعني جايي که خطوط ميدان مغناطيسي به صورت واگرا از زمين خارج (جنوب مغناطيسي ) و يا به صورت همگرا به آن وارد ( شمال مغناطيسي ) مي شوند.

عقربه کمپاس برانتون به عنوان يک وسيله مغناطيسي ( يک آهنربا) وقتيکه آزادانه معلق شود قطب هاي مغناطيسي را يافته و در جهت آنها آرايش مي گيرد يعني جايي که عموما شمال واقعي نيست ( بجز برخي مناطق کره زمين). عقربه کمپاس يک آهنربا است و قطب شمال هر آهنربايي در صورتيکه آهنربا آزادانه حرکت کند بوسيله شمال مغناطيسي دفع مي شود. در واقع مي توان نام صحيح اين انتهاي عقربه را قطب شمالجو (north seeking pole) ناميد. نقشه ها قطب مغناطيسي در نيمکره شمالي را " قطب شمال مغناطيسي" مشخص مي کنند.

زاويه بين شمال حقيقي و شمال مغناطيسي " ميل مغناطيسي " (magnetic declination) ناميده مي شود. ميل مغناطيسي با موقعيت، زمان ( سالانه و روزانه )، ناهنجاري هاي مغناطيسي محلي، ارتفاع (جزئي و قابل صرف نظر) و فعاليت هاي مغناطيسي خورشيد تغيير مي کند (Goulet, 1999). درواقع ميل زاويه بين نقطه اي که عقربه کمپاس به عنوان شمال نشان مي دهد و شمال حقيقي مي باشد. ميل مغناطيسي در طول خطوطي که اصطلاحا خطوط هم ارز (isogonic lines) ناميده مي شوند ثابت هستند. خط فرضي با ميل مغناطيسي صفر درجه از غرب خليج هودسن، درياچه سوپريور، درياچه ميشيگان و فلوريدا عبور مي کند. قطب شمال مغناطيسي در سال 1999 در موقعيت 79.8° N, and 107.0° W, 75 در مناطق قطبي کانادا در فاصله 1140 کيلومتري از شمال واقعي قرار داشت.

 

 زاويه قائم بين بردار هاي مغناطيسي به سطح (افق) زمين وابسته است و زاويه انحراف مغناطيسي (magnetic inclination) ناميده مي شود و با تغيير عرض جغرافيايي تغيير مي کند. اين زاويه در قطب مغناطيسي 90 درجه و در استواي مغناطيسي صفر درجه است.

 

تعيين انحراف مغناطيسي:

اگر عقربه کمپاس شرق يا غرب شمال واقعي را به عنوان شمال مشخص نمايد، اين اختلاف به ترتيب انحراف مغناطيسي شرقي يا غربي ناميده مي شود. شمال مغناطيسي (MN) هم در نيمکره شمالي و هم در نيمکره جنوبي به عنوان مرجع انحراف مغناطيسي است. براي تعيين انحراف مغناطيسي در يک منطقه مورد مطالعه ما مي توانيم از موارد زير استفاده کنيم:

1- نقشه هاي توپوگرافي چاپ شده: در برخي نقشه ها انحراف مغناطيسي منطقه بوسيله زاويه بين دو پيکان شمال مغناطيسي (MN) و شمال حقيقي (GN) نشان داده شده است.

2- نمودار هاي ايزوگوني چاپ شده و يا موجود در وب سايت ها: که انحراف مغناطيسي را نشان مي دهند.

3- حسابگر آنلاين براي مشخص نمودن آخرين انحراف مغناطيسي براي يک موقعيت مشخص (طول و عرض جغرافيايي) و زمان مشخص.

 

تنظيم انحراف مغناطيسي در کمپاس:

انحراف مغناطيسي بوسيله چرخاندن پيچ برنجي که در کناره بدنه کمپاس وجود دارد تنظيم و تصحيح مي گردد. براي يک انحراف غربي 15 درجه ( يعني شمال مغناطيسي 15 درجه در غرب شمال حقيقي قرار دارد) صفحه مدرج به سمت غرب يعني در خلاف جهت چرخش عقربه هاي ساعت ( با چرخاندن پيچ ) چرخانده مي شود تا ميخ شاخص روي N15W در مقياس بيرينگ ويا 345 درجه در مقياس آزيموت قرار گيرد. براي يک انحراف 15 درجه شرقي، صفحه مدرج به سمت شرق چرخانده مي شود ( در جهت چرخش عقربه هاي ساعت ) تا ميخ شاخص روي N15E در مقياس بيرينگ ويا 015 درجه در مقياس آزيموت قرار گيرد. در ايران انحراف مغناطيسي به سمت شرق است و مقدار زاويه آن در مکان هاي مختلف متفاوت است.

 

تنظيم انحراف مغناطيسي در کمپاس

کارآيي کمپاس:

براي تهيه يک نقشه و يا تحليل زمين شناسي و ساختاري يک منطقه بايد مشخصات و موقعيت ساختارهاي صفحه اي و خطي آن منطقه برداشت شود. زمين شناسان نمي توانند بدون دانستن چگونگي استفاده از کمپاس براي بدست آوردن اطلاعات ساختاري و تشخيص مرز واحد هاي ساختاري، يک نقشه مفيد توليد کرده و يا اطلاعات مفيد بدست آورند. بنابراين ما نياز داريم که چگونگي اندازه گيري ساختار هاي خطي و صفحه اي را براي تمام انواع ساختمان ها مثل عناصر رسوبي و ساختماني و مرز هاي سنگ چينه اي نقشه ها، بدانيم.

يک کمپاس داراي کارآيي هاي فراواني است که تعدادي از مهمترين اين کاربردها در زير توضيح داده مي شود:

1. اندازه گيري موقعيت ساختار هاي خطي

2. اندازه گيري زاويه پيچ براي عناصر خطي

3. اندازه گيري زواياي قائم، ارتفاع و فاصله

4. اندازه گيري ضخامت حقيقي لايه ها

5. اندازه گيري موقعيت صفحات

6. بدست آوردن موقعيت يک خط مابين دو نقطه

7. اندازه گيري موقعيت يک صفحه با تکنيک دو خط

8. تعيين دو نقطه هم ارتفاع

9. تعيين موقعيت با استفاده از کمپاس و نقشه.

 

منبع

- زمین شناسی ساختمانی ، انتشارات پیام نور

- کمپاس و کاربرد های آن (وبلاگ علوم زمین)

 

گرد آورنده : محمد مهدی مالکی

+ نوشته شده در  سه شنبه 4 دی1386ساعت   توسط ๑۩۞۩๑ محمد ๑۩۞۩๑  |