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