زمین شناسی ساختمانی Structral
زمین شناسی ساختمانی از واژه Structral به معنی ساختار یا ساختمانی Geologg به معنی زمین شناسی گرفته شده است.
هر کسی که با زمین شناسی سروکار داشته باشد, تشخیص می دهد که پوسته زمین در طی تاریخ زمین شناسی یک واحد ثابت و غیرمتغیری نبوده است بلکه به کرات دربرابر عوامل داخلی و خارجی در آن تغییر شکل ایجاد شده است. شاهد این مدعی وجود نواحی عظیم چین خورده یعنی سلسله کوههاست که در آن رسوبات و سنگهای دیگر فشرده شده و فرم آنها تغییر کرده است.
عامل دیگر رسوبات دریایی است که اینک در قلل مرتفع کوهها دیده می شود و در برخی موارد هزاران متر از سطح دریا بالاتر قرار گرفته است . این خود ناپایداری قشر زمین را نشان می دهد. بطور کلی می توان گفت که زمین شناسی ساختمان و تکتونیک, درباره ساختمانهای مختلف سنگهای تشکیل دهنده پوسته زمین, چگونگی تشکیل و ارتباط آنها با عوامل داخلی زمین بحث می کند.
2- اهمیت و کاربرد زمین شناسی ساختمانی
زمین شناسی ساختمانی دربین سایر علوم زمین شناسی, موقعیت خاصی را داراست. مثلاً تهیه نقشه زمین شناسی محل, بدون آگاهی به نوع ساختمانهای منطقه, غیر ممکن است. زیرا بدون توجه به ساختمانهای موجود, ارتباط واحدهای مختلف زمین شناسی امکان پذیر نیست. از سوی دیگر مواد معدنی, در ساختمانهای خاص زمین شناسی متمرکز می شوند.
مثلاً نفت و گاز طبیعی بیشتر در قسمتهای بالای تاقدیسها جمع می شوند. و با شناسایی این ساختمانهاست که می توان امکان وجود آنها را بررسی کرد. همچنین بسیاری از موارد معدنی بصورت رگه تشکیل می شوند که این رگه ها , معمولاً در امتداد گسلهای موجود در منطقه تشکیل می شوند. در بسیاری موارد, در اثر وجود گسلها و شکستگیها, گسترش ماده معدنی در یک منطقه قطع می شودو برای پیدا کردن مجدد آن, آگاهی به مشخصات تکتونیکی منطقه, ضروری است.
آشنایی به وضعیت ساختمانی منطقه, کمک مؤثری در مطالعه آبهای زیر زمینی است. زیرا گسلها و شکستگیها, مجراهای مناسبی جهت عبور آبهای زیرزمینی می باشد. شناسایی دره ها و گسلهای ناحیه, یکی از بهترین مراحل مقدماتی حفر تونلها و احداث سدها به شمار می آید.
3- انواع بررسی های زمین شناسی ساختمانی
1-1 بررسی بر اساس وضعیت هندسی
در این نوع تقسیم بندی, ساختمانهای مختلف زمین از نظر شکل هندسی مورد توجه قرار گرفته و به انواع چین ها, گسل, درزه ها و... تقسیم می شوند.
1-1-1 گسل ها (Faults)
گسل ها (Faults) گسلها شکستگیهایی در پوسته زمین هستند که در طول آنها تغییر شکلهای قابل توجهی ایجاد شده است. گاهی اوقات گسلهای کوچک در ترانشه های جاده، جائی که لایه های رسوبی چند متر جابجا شده اند، قابل تشخیص هستند. گسلهایی در این مقیاس و اندازه معمولا بصورت تک گسیختگی جدا اتفاق می افتد. در مقابل گسلهای بزرگ، شامل چندین صفحه گسل درگیر می باشند. این منطقه های گسله، می توانند چندین کیلومتر پهنا داشته باشند و معمولا از روی عکسهای هوایی راحتتر قابل تشخیص هستند تا سطح زمین. در واقع حضور گسل در یک منطقه نشان می دهد که در یک زمان گذشته، در طول آن جابجایی رخ داده است. این جابجایی ها می توانسته یا بصورت جابجائی آرام باشد که هیچ گونه لرزشی در زمین ایجاد نمی کند و یا اینکه بصورت ناگهانی اتفاق بیفتد که جابجایی های ناگهانی در طول گسلها عامل ایجاد اغلب زلزله ها می باشد. بیشتر گسلها غیر فعال هستند، و باقیمانده ای از تغییر شکلهای گذشته می باشند. در امتداد گسلهای فعال، حین جابجائی فرسایشی دو قطعه پوسته ای در کنار هم، سنگها شکسته و فشرده می شوند. در سطح صفحات گسلی، سنگها بشدت صیقلی و شیاردار می شوند. این سطوح صیقلی و شیاردار به زمین شناسان در شناخت جهت آخرین جابجایی ایجادشده در طول گسل کمک می کند. که زمین شناسان بر اساس جهت حرکت گسلها، آنها را به انواع مختلفی تقسیم بندی می کنند که در قسمت انواع گسلها به این تقسیم بندی می پردازیم.
مشخصات گسلها: برای تعریف گسلها، از مشخصات هندسی آنها، یعنی موقعیت قرارگیری آنها در یک فضای سه بعدی، استفاده می شود که عمده ترین این مشخصات هندسی راستا و شیب می باشند. شناخت این پارامترها در سطح، زمین شناسان را قادر می سازد تا ساختار سنگها و گسلها را در زیر زمین و قسمتهای دور از دیدشان، پیش بینی نمایند. راستا: جهت و راستای خط تلاقی صفحه گسل با افق تحت عنوان راستا شناخته می شود. راستا معمولا بصورت زاویه ای با شمال مشخص می گردد. برای مثال عبارت N20E نشان می دهد که راستای گسل 20 درجه به سمت شرق نسبت به جهت شمال متمایل است. شیب: عبارتست از شیب سطح یک توده سنگی یا صفحه گسل، نسبت به صفحه افق. شیب شامل زاویه انحراف و نیز جهت آن میباشد. جهت متصور شدن شیب یک گسل، بخاطر سپاری این نکته است که آب همیشه در صفحه موازی با شیب گسل به سمت پایین جاری خواهد شد. برای نمایش گسلها بر روی نقشه های زمین شناسی، بدین ترتیب عمل می شود که با یک خط راستای گسل را نشان میدهند و با یک خط کوتاهتر و عمود بر خط قبلی، جهت شیب را مشخص کرده و درجه شیب را در کنار آن می نویسند.
انواع گسلها: تقسیم بندی گسلها فقط بر اساس هندسه و جهت جابجائی نسبی ایجاد شده در آنها صورت می پذیرد. گسلهای راستا لغز و گسلهای شیب لغز دو تقسیم بندی کلی گسلها میباشند که در زیر تعاریف مربوط به آنها آورده می شود.
گسلهای امتداد لغز (strike slip fault) گسل هایی که امتداد اصلی لغزش در امتداد راستای گسل باشد، گسل امتداد لغز نامیده میشوند. بر اساس جهت حرکت در امتداد راستای گسل، گسلهای چپ گرد و یا راست گرد را میتوان تشخیص داد. نحوه تشخیص بدین ترتیب است که اگر در یک سمت از گسل بایستیم و حرکت سمت دیگر را نظاره نماییم، اگر حرکت آن از سمت چپ به راست باشد، گسل راست گرد و در حالت برعکس چپ گرد خواهد بود. بعنوان مثال شکل زیر یک گسل امتداد لغز راست گرد را نشان میدهد.
گسلهای شیب لغز (Dip slip Fault) گسل هایی که امتداد اصلی لغزش موازی جهت شیب گسل باشد، گسلهای شیب لغز نامیده می شوند. گسلهای شیب لغز نرمال و معکوس بر اساس جهت حرکت دو قطعه نسبت به هم تعریف میشوند. در صورتی که نیروی وارده فشاری بوده و دو قطعه را به هم نزدیک کند، گسل شیب لغز معکوس و در صورت دو شدن دو قطعه از هم گسل شیب لغز نرمال نامیده می شود. بر اساس حرکتهای قائم دو قطعه نسبت به هم، فرا دیواره و فرو دیواره قابل تشخیص است. در زبان انگلیسی به فرا دیواره Hanging wall (دیواره آوریز) و به فرو دیوارهFootwall اطلاق می شود. دلیل این نامگذاری برمیگردد به معدنکارانی که در معادن زیر زمینی کار میکردند. چون غالبا معادن در محل تقاطع دو قطعه قرار دارند، فرا دیواره سقف معادن را تشکیل میدهد که محل آویزان کردن چراغها در داخل معادن بود (Hanging wall) و فرو دیواره کف معدن یا محلی که پا بر روی آن قرار میگیرد است که به آنFootwall اطلاق می شود. در زبان فارسی از دو اصطلاح فرا دیواره و فرو دیواره برای نامگذاری استفاده می شود. در عمل لغزش گسل، ترکیبی از شیب لغز و راستا لغز می باشد که گسل مایل نامیده می شود. در شکل زیر تمام حالتهای ممکن به نمایش گذاشته شده است.
1-1-1 درزه ها
درزه ها را از نظرهای گوناگون طبقه بندی می کنند، که در زیر به شرح آنها می پردازیم :
□ تقسیم بندی هندسی :
در این تقسیم بندی درزه ها بر اساس وضعیت درزه نسبت به امتداد لایه بندی سنگهای مجاور طبقه بندی می شوند. در این تقسیم بندی انواع درزه های زیر را می توان تشخیص داد:
▪ درزه امتدادی: درزه امتدادی نوعی از درزه است که امتداد آن موازی یا تقریبا موازی امتداد لایه بندی طبقات اطراف است.
▪ درزه شیبی: درزه شیبی درزه ای است که امتداد آن موازی یا تقریبا موازی خط بزرگتری شیب سطح لایه بندی طبقات اطراف است.
▪ درزه طبقه ای: اگر سطح درزه موازی سطح لایه بندی سنگها باشد درزه طبقه ای نام دارد.
▪ درزه مایل: اگر امتداد درزه نسبت به امتداد یا خط بزرگترین شیب سطح لایه بندی سنگهای اطراف بر حالت غیر مشخص باشد، به این نام خوانده می شود.
□ تقسیم بندی جغرافیایی درزه ها :
در بعضی موارد درزه ها را بر مبنای وضعیت امتداد درزه نسبت به امتداد شمال تقسیم بندی می کنند. مثلا اگر امتداد درزه شمالی جنوبی باشد، به نام درزه شمالی جنوبی و در حالتی که امتداد آن شمال غربی ـ جنوب شرقی باشد به همین نام خوانده می شود.
□ تقسیم بندی بر اساس وضعیت درزه ها نسبت به هم :
در این تقسیم بندی وضعیت درزه ها نسبت به هم مورد مطالعه قرار می گیرد و بر اساس آن می توان انواع درزه های زیر را تشخیص داد:
▪ درزه های منظم : اگر درزه های یک منطقه با هم موازی یا تقریبا موازی باشند، به نام درزه های منظم خوانده می شوند. معمولا امتداد مشترک این درزه ها امتداد محور چین خوردگی اصلی ناحیه و یا امتداد گسلهای اصلی می باشد.
▪ درزه های نامنظم : این درزه ها وضعیت مشخصی ندارند و بطور نامنظم پراکنده اند.
□ تقسیم بندی زایشی درزه ها:
بر اساس مکانیسم ایجاد و توسعه درزه در سنگها آنها را به انواع ، درزه های کششی ، درزه های برشی ، درزه های ستونی و درزه های رهایی و غیر تفکیک می کنند. همچنین درزه ها را بر اساس عوامل به وجود آورنده آنها به انواع ناشی از عملکرد فرآیند های تکتونیکی و انواع ناشی از عوامل غیرتکتونیکی تقسیم می شوند.
● عوامل به وجود آورنده درزه ها:
عوامل به وجود آورنده درزه ها را بطور کلی به دو گروه عوامل تکتونیکی و عوامل غیرتکتونیکی تقسیم می کنند:
● عوامل تکتونیکی ایجاد درزه ها :
پس از اینکه سنگ تحت تاثیر تنش قرار گرفت، ابتدا در آن تغییر شکل الاستیک ایجاد می شود و پس از آن می شکند (در حالت معمولی سنگهای حالت شکننده دارند) ، ولی تحت فشارهای محصور کننده و حرارت بالا ، بسیاری از سنگها پس از مرحله الاستیک وارد مرحله تغییر شکل پلاستیک می شوند و نهایتا در این شرایط سنگ خواهد شکست. شکستگیهای حاصله در سنگها را می توان به دو دسته زیر تقسیم کرد
１) شکستگی های کششی :
اگر سنگی تحت تاثیر کشش قرار گیرد، در امتداد عمود بر کشش ، شکستگیهایی در سنگها ایجاد می شود. شواهد صحرایی برای تشخیص اینشکستگیها ، دیواره خشن است، ضمنا چون شکستگی تحت تاثیر کشش ایجاد شده است، بین دو دیواره شکستگی ، یک باز شدگی دیده می شود که گاهی اوقات ممکن است توسط رگه های معدنی یا غیرمعدنی پر شده باشد.
２) شکستگی های کششی ناشی از تنش های فشارشی:
اگر یک بلوک سنگی تحت تاثیر تنش های فشارشی قرار گیرد، دو سری شکستگی در سنگها ظاهر خواهد شد، به طوری که سطح این دو سری درزه با هم زاویه ۹۰ درجه تشکیل می دهند. محل تلاقی این دو صفحه موازی با امتداد تنش فشارشی است. این شکستگی ها تحت عنوان شکستگیکششی شناخته شده است.
３) شکستگی رهایی:
نوع دیگر از شکستگی های کششی که در اثر پی آمدهای بعد از فشارش ایجاد می شود، شکستگی رهایی است. اگر نمونه سنگی را به جای این که در هوای آزاد تحت فشار قرار گیرد، در یک محیط با فشار همه جانبه واقع شود و آنگاه بر آن فشار وارد آید، پس از حذف نیروهای فشارشی ، شکستگیهای متعدد در جهت عمود بر امتداد نیروی فشارشی در جسم به وجود می آید. این نوع از شکستگی کششی را رهایی می نامند.
４) شکستگیهای کششی در اثر نیروهای کوپل:
اگر جسمی تحت تاثیر نیروهای کوپل قرار گیرد، مثل این است که نیروهای فشارشی و کششی بطور همزمان بر آن موثر بوده اند. پس بطور همزمان در جسم تغییر شکل های میدانهای کشش و فشارش ایجاد می شوند.
５) شکستگی های ناشی از تنش های پیچشی:
علاوه بر کشش ، فشارش و کوپل عامل دیگری تحت عنوان پیچش می تواند، شکستگی های را در سنگها ایجاد کند. وقتی یک جسم صفحه ای تحت تاثیر پیچش قرار گیرد، تنش های حاصله در آن به صورت تنش های کشش ، فشارشی و برشی جلوه گر می شود.
● فرآیند های غیرتکتونیکی ایجاد درزه ها:
عواملی مانند انقباض ناشی از سر شدن ، یا خشک شدن اجسام ، تنش های باقیمانده در توده ها ، حرکات سطحی زمین و اثر متقابل جنس لایه ها در گسترش این نوع درزه ها موثر می باشند.
▪ درزه های ستونی: این درزه ها نوعی از درزه های کششی هستند که بر اثر کاهش حجم در سنگها ایجاد می شوند، این نوع درزه ها معمولا در توده های آذرین بوجود می آیند که در اثر آن گدازه به شکل منشورهایی ایجاد می شود. امتداد این درزه ها در امتداد تنش بیشینه است.
▪ درزه های ناشی از هوازدگی: معمولا سنگها مستقیما و یا به طور غیر مستقیم و از طریق سنگهای اطراف تحت تاثیر هوازدگی قرار می گیرند. به علت حرکت جداگانه قطعات سنگها در ناحیه هوازده اغلب درزه هایی در آنها به وجود می آید.
▪ ساخت ورقه ای یا برگواری: پدیده ورقه ورقه شدن به علت توسعه درزه هایی است که سنگ را به پوسته هایی که انحنای کمی داشته و تقریبا به موازات سطح توپوگرافی است، تقسیم می کنند.
● درزه ها در ارتباط با ساختمانهای محلی و توپوگرافی:
این درزه ها شامل موارد زیر می باشند:
درزه ها در سنگهای لایه ای یا سنگهایی که به نحوی حالت لایه ای دارد، عموما عمود بر لایه بندی قرار می گیرند و فواصل آنها تابع نوع سنگ و ضخامت لایه است.فواصل درزه ها با ازدیاد ضخامت لایه افزایش می یابد.
درزه های ابتدایی تشکیل شده در سنگهای آذرین ، عمود به سطح خارجی پیکره آذرین درونی است.
درزه هایی که در ارتباط با چین خوردگی هستند، متنوع و شامل درزه های طولی ، عرضی و مورب می باشند.
● ارتباط درزه ها با پدیده های ساختمانی
□ گسترش درزه ها در ارتباط با چین خوردگی:
در بسیاری از حالات درزه های متعددی در حوالی چین ها مشاهده می شوند. این درزه ها در اثر نیروهایی که لایه ها را چین داده اند، بوجود آمده اند. ذکر این نکته لازم است که ممکن است درزه ها بعد از چین خوردگی نیز بر ساختار ناحیه اضافه شوند. پس می توان آنها را به دو گروه ، درزه های همزمان با چین خوردگی و درزه های بعد از آن تقسیم نمود:
▪ درزه های کششی : بعضی از درزه هایی که در حوالی چین ها دیده می شوند، بر محور چین عمودند. این درزه ها را می توان به عنوان درزه های کششی در نظر گرفت زیرا هنگامی که طبقات ، در امتداد عمود بر محور چین تحت فشارش قرار گرفته و چین ها را به وجود می آورند، در امتداد محور چین تحت کشش واقع می شوند، بنابراین در امتداد عمود بر محور چین ، درزه هایی به وجود می آید.
▪ درزه های رهایی : درزه های رهایی ، درزه هایی هستند که به موازات سطح محوری چین ها به وجود می آیند.
▪ درزه های برشی : معمولا دو دسته درزه که با هم زاویه ۶۰ درجه تشکیل می دهند، نیز در حول و حوش چین ها مشاهده می شوند که می توان آنها را به عنوان گستگی های برش تعبیر کرد.
□ گسترش درزه ها در ارتباط با گسل ها :
▪ درزه های پرمانند : درزه های پرمانند شکافهای کششی مربتط با گسل خوردگی هستند. این درزه ها ، در طرفین سطح گسل و طی زاویه حاده ای نسبت به آن تشکیل می شوند. جهت زاویه حاده بیانگر جهت حرکت نسبی طبقات است.
▪ درزه های برشی : درزه های برشی متقاطع نیز می توانند در ارتباط با گسل هایی باشند که به طور عرضی چین ها را قطع می کند.
▪ درزه های استیلولیتی: انفصال سنگ که توسط دو سطح کم و بیش مسطح بوسیله قشر نازکی از رس ، ذغال سنگ ، کلیست یا مواد دیگر پر شده باشد را استیلولیت یا درزه استیلولیتی گویند. این درزه ها را سنگهای آهکی بیشترین فراوانی را دارند
بررسی از نقطه نظر سینماتیکی
در این بررسی, اشکال مختلف زمین شناسی, از نقطه نظر نحوة حرکات پوسته زمین, که منجر به ایجاد ساختمان مزبور شده است, مورد بررسی قرار می گیرن. در حقیقت در این حالت چگونگی تشکیل ساختمانهای مختلف, مطالعه می شود.
بررسی تاریخی
مقصود از این بررسی ها, مطالعه چگونگی تشکیل ساختمانهای مختلف, در دوره های خاص زمین شناسی است. زیرا بطوری که می دانیم, در دوره های مختلف دوران زمین شناسی, حرکات تکتونیکی مختلفی وجود داشته است.
بررسی از نظر دینامیکی
در این بررسی, رابطه نیروهای مؤثر برسنگهای زمین و ساختمانهای حاصله ناشی از آنها مورد بررسی قرار میگیرد.
