Vorlesung Allgemeine Geologie
SS 2005
Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr
Prof. Dr. E. Wallbrecher
Teil 17
Die Strukturgeologie umfaßt:
DeformationTransport von LithosphärenteilenRotation
DeformationTransport von LithosphärenteilenRotation
Der Bertachtungsbereich geht vom Kristallgitter bis zurLithosphärenplatte
Der Bertachtungsbereich geht vom Kristallgitter bis zurLithosphärenplatte
Jedes Lithosphärenstück ist Kräften ausgesetzt, dieverschieben,verdrehen,
deformieren.
Jedes Lithosphärenstück ist Kräften ausgesetzt, dieverschieben,verdrehen,
deformieren.
Ursachen global (z.B. Plattenbewegung) lokal (z.B. Bergstrurz)
Ursachen global (z.B. Plattenbewegung) lokal (z.B. Bergstrurz)
Material reagiert mit
Deformation oder BruchTranslation
Rotation
Deformation oder BruchTranslation
Rotation
Deformation kann sein:
vorübergehend: elastische Deformation
viskoses Fließenpermanent: plastische Deformation Bruch
Deformation kann sein:
vorübergehend: elastische Deformation
viskoses Fließenpermanent: plastische Deformation Bruch
Gefüge (Kristallgitter bis Lithosphärenmaßstab)
Mylonit (Rodl-Störung) Kalkschiefer (Platania, Pilion)
Wissenbacher Schiefer, Harz Anti-Atlas, Marokko
GefügeelementeGefügeelemente können sein: penetrativ nicht penetrativ
Gefügeelemente können sein: penetrativ nicht penetrativ
Kräfte:
1)Körperkräfte (z.B. Gravitation)2)Flächenkräfte (z.B. Spannung)1)Körperkräfte (z.B. Gravitation)2)Flächenkräfte (z.B. Spannung)
Kräfte und Spannungen
bmF
Kraft:
Spannung:
A
F
Deformationspfade
Deformationspfad
0 Ma
1 Ma
2 Ma
3 Ma
datierter Deformationspfad
Indikatoren (marker) für finite Deformation
z.B. Fossilien
UndeformierterTrilobit
t0
DeformierterTrilobit
t1
z.B. Sediment-Strukturen
Undeformierter Oolith Deformierter Oolith
Gravitation und lithostatischer Druck
H
A
Gravitation:F = m g; g = 9.81 m/sec2
F = V g; = spez. Gewicht, V= VolumenF = H A g
Gravitation:F = m g; g = 9.81 m/sec2
F = V g; = spez. Gewicht, V= VolumenF = H A g
lithostatischer Druck:
lith = F/A = g H
lithostatischer Druck:
lith = F/A = g H
Flächenkräfte:1) kompressiv
A
F
2) dehnendA
F
Wenn keine Translation oder Rotation erfolgen soll:
A
B
FAB
FBA
FAB = - FBA
F = Fn + FsF = Fn + Fs
Zerlegung von Kräften:
A
F Fn
Fs
Normalkraft
Scherkraft
Vorzeichen-Vereinbarung für Scherkräfte:
Positiv: Sinistral Negativ: dextral
Zerlegung von Spannungen:Spannungsvektoren können genauso wie Kraftvektoren zerlegt werden:
A
n
s
Normalspannung
Scherspannung
Für Vorzeichen gilt das gleiche wie für Kräfte
n + sn + s
Spannungs-Ellipsoid
Spannungszustand in einem PunktWir denken uns unendlich viele Flächen, die alle durch einenPunkt P gehen. Auf jede Fläche wirkt ein Spannungsvektor.
Fläche1
B
A
Fläche 2
A
B
AB
BA
Das Spannungs-Ellipsoid
Hauptnormalspannungen
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.
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:
1 k mG ran it
3
W Ey y
zz
Koordinaten: x nach N y nach E z nach unten
33
31072.272.2
m
kg
cm
gGranit
hgzz
233
sec100081.91072.2
m
mmkg
= 26.7 MPa
Nach Means, 1976
Spannungsfelder und –trajektorien 2Spannungen in xx und yy:
Bei isotropem Material gilt: xx = yy: Bei isotropem Material gilt: xx = yy:
Elastizität: Poissonsche Zahl (Elastizität: Poissonsche Zahl ( Granit = 0.25Granit = 0.25
hgyyxx
1
MPa9.8
7.263
1
Nach Means, 1976
Spannungen in einem Profil
xx
yy=zz
km
MPa
1
10 20 30
Spannungsgradienten
Nach Means, 1976
zz =
xx yy = =
Ähnliche Rotations-Ellipsoide
Spannungstrajektorien
1 k mG ran it
3
W Ey y
zz
1 0 M P ax x
y y=
zz
k m
M P a
1
1 0 2 0 3 0
y y isotropeLage
Tektonische Spannungen
Spannungstrajektorien
isotrope Lage
1.) zz = yy = xx =
2.)isotrop: yy = zz =
3.) zz = yy= xx =
Nach Means, 1976
Beispiele für Spannungstrajektorien
Spannungstrajektorienan einem kreisförmigen
Hohlraum
Umgezeichnet nach Means, 1976