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Vorlesung Allgemeine Geologie, Prof. Dr. Eckart Wallbrecher, Sommer-Semester 2005
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Vorlesung Allgemeine Geologie
SS 2005Mo, Di, Mi 8.15 9.00 Uhr
Prof. Dr. E. WallbrecherTeil 17
Die Strukturgeologie umfat:DeformationTransport von LithosphrenteilenRotation
DeformationTransport von LithosphrenteilenRotation
Der Bertachtungsbereich geht vom Kristallgitter bis zurLithosphrenplatte
Der Bertachtungsbereich geht vom Kristallgitter bis zurLithosphrenplatte
Jedes Lithosphrenstck ist Krften ausgesetzt, dieverschieben,verdrehen,
deformieren.
Jedes Lithosphrenstck ist Krften ausgesetzt, dieverschieben,verdrehen,
deformieren.
Ursachen global (z.B. Plattenbewegung)lokal (z.B. Bergstrurz)
Ursachen global (z.B. Plattenbewegung)lokal (z.B. Bergstrurz)
Material reagiert mitDeformation oder Bruch
TranslationRotation
Deformation oder BruchTranslation
Rotation
Deformation kann sein:
vorbergehend: elastische Deformation
viskoses Flieenpermanent: plastische Deformation
Bruch
Deformation kann sein:
vorbergehend: elastische Deformation
viskoses Flieenpermanent: plastische Deformation
Bruch
Gefge (Kristallgitter bis Lithosphrenmastab)
Mylonit (Rodl-Strung) Kalkschiefer (Platania, Pilion)
Wissenbacher Schiefer, Harz Anti-Atlas, Marokko
GefgeelementeGefgeelemente knnen sein: penetrativ
nicht penetrativGefgeelemente knnen sein: penetrativ
nicht penetrativ
Krfte:
1)Krperkrfte (z.B. Gravitation)2)Flchenkrfte (z.B. Spannung)1)Krperkrfte (z.B. Gravitation)2)Flchenkrfte (z.B. Spannung)
Krfte und Spannungen
bmFrr =
Kraft:
Spannung:
AFr
r =
Deformationspfade
Deformationspfad
0 Ma
1 Ma
2 Ma
3 Ma
datierter Deformationspfad
Indikatoren (marker) fr finite Deformationz.B. Fossilien
UndeformierterTrilobit
t0Deformierter
Trilobit
t1
z.B. Sediment-Strukturen
Undeformierter Oolith Deformierter Oolith
Gravitation und lithostatischer Druck
H
A
Gravitation:F = m g; g = 9.81 m/sec2F = V g; = spez. Gewicht,
V= VolumenF = H A g
Gravitation:F = m g; g = 9.81 m/sec2F = V g; = spez. Gewicht,
V= VolumenF = H A g
lithostatischer Druck:
lith = F/A = g H
lithostatischer Druck:
lith = F/A = g H
Flchenkrfte:1) kompressiv
AF
2) dehnend AF
Wenn keine Translation oder Rotation erfolgen soll:
A
B
FAB
FBA
FAB = - FBA
F = Fn + FsF = Fn + Fs
Zerlegung von Krften:
A
F Fn
Fs
Normalkraft
Scherkraft
Vorzeichen-Vereinbarung fr Scherkrfte:
Positiv: Sinistral Negativ: dextral
Zerlegung von Spannungen:Spannungsvektoren knnen genauso wie Kraftvektoren zerlegt werden:
A
n
s
Normalspannung
Scherspannung
= n + s
Fr Vorzeichen gilt das gleiche wie fr Krfte
= n + s
Spannungs-Ellipsoid
Spannungszustand in einem PunktWir denken uns unendlich viele Flchen, die alle durch einenPunkt P gehen. Auf jede Flche wirkt ein Spannungsvektor.
Flche1
BA
1
1Flche 2
A
B
2AB
2BA
Das Spannungs-Ellipsoid
Hauptnormalspannungen
123
Die Spannungen in Richtung der Achsen des Ellipsoideswerden als Hauptnormal-Spannungen (principal stresses) bezeichnet. In
diesen Richtungen sind dieScherspannungen null.
Die Spannungen in Richtung der Achsen des Ellipsoideswerden als Hauptnormal-Spannungen (principal stresses) bezeichnet. In
diesen Richtungen sind dieScherspannungen null.
1 > 2 > 31 > 2 > 3
Umrechnungen
1 mbar = 102 Pa = 1 Hektopascal1 bar = 105 Pa1 kbar = 108 Pa = 100 Mpa1 Mpa = 106 Pa = 10 bar1 Gpa = 109 Pa = 10 kbar
1 mbar = 102 Pa = 1 Hektopascal1 bar = 105 Pa1 kbar = 108 Pa = 100 Mpa1 Mpa = 106 Pa = 10 bar1 Gpa = 109 Pa = 10 kbar
Spannungsfelder und trajektorien 11.) reine Gravitation ohne tektonische Spannungen:
1kmGranit
3
W Eyy
zz
Koordinaten: x nach Ny nach Ez nach unten
33
3 1072.272.2 mkg
cmg
Granit
hgzz = 23
3
sec100081.91072.2
mmmkg =
= 26.7 MPaNach Means, 1976
Spannungsfelder und trajektorien 2Spannungen in xx und yy:
Bei isotropem Material gilt: xx = yy: Bei isotropem Material gilt: xx = yy:
Elastizitt: Poissonsche Zahl ()Elastizitt: Poissonsche Zahl () Granit = 0.25Granit = 0.25hgyyxx ==
1
MPa9.8
7.2631
==
Nach Means, 1976
Spannungen in einem Profil
xx
yy=zz
km
MPa
1
10 20 30
Spannungsgradienten
Nach Means, 1976
z
z
=
1
xx yy = = 1
hnliche Rotations-Ellipsoide
Spannungstrajektorien
1kmGranit
3
W Eyy
zz10 MPa
xx
yy=zz
km
MPa
1
10 20 30
yy isotropeLage
Tektonische Spannungen
Spannungstrajektorien
isotrope Lage
1.) zz = 2; yy = 1; xx = 32.)isotrop: yy = zz = 1= 23.) zz = 1; yy= 2; xx = 3
Nach Means, 1976
Beispiele fr Spannungstrajektorien
Spannungstrajektorienan einem kreisfrmigen
Hohlraum
Umgezeichnet nach Means, 1976
Vorlesung Allgemeine GeologieDie Strukturgeologie umfat:Material reagiert mitGefge (Kristallgitter bis Lithosphrenmastab)GefgeelementeKrfte:Krfte und SpannungenDeformationspfadeIndikatoren (marker) fr finite DeformationGravitation und lithostatischer DruckFlchenkrfte:Zerlegung von Krften:Zerlegung von Spannungen:Spannungszustand in einem PunktDas Spannungs-EllipsoidHauptnormalspannungenUmrechnungenSpannungsfelder und trajektorien 1Spannungsfelder und trajektorien 2Spannungen in einem ProfilTektonische SpannungenBeispiele fr Spannungstrajektorien
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