فهرست مطالب

عنوان صفحه

مقدمه1

تعاريف پايه2

شكستگيها و گسلها10

شكستگيهاي سنگ... 10

هندسه و نامگذاري گسل. 10

سنگهاي ناشي از گسلش (سنگهاي گسلي)13

سيماهاي مرتبط با سطح گسلها15

ارتباط گسلها15

درزهها16

چينها17

مفهوم و اهميت چينها17

هندسه و نامگذاري بنيادي چين. 18

جهتگيري چين. 19

طبقهبندي چينها20

چينها در سه بعد. 23

رابطه ميان گسلها، چينها و برشهاي شكلپذير. 25

تودههاي آذرين. 26

اهميت تودههاي آذرين در زمين شناسي ساختماني. 26

ساختارهاي درون تودههاي آذرين. 26

طبقهبندي ساختاري تودههاي آذرين. 27

گسلش و زمين لرزهها30

چين خوردگي. 33

مكانيزمهاي چين خوردگي و هندسهي چين. 33

طبقهبندي چينها براساس شكل لايهها38

مفهوم صفحات سنگ كره38

مقدمه

با توجه به گستردگي علم زمين شناسي و وجود گرايش­هاي زياد در اين علم نمي­توان حتي بطور خلاصه و مختصر مفاهيم زمين شناسي را در اين جزوه بيان كرد ولي اينجانب سعي كردم نكاتي را از ميان زمين­شناسي تهيه كنم و در اين مختصر بنگارم اميدوارم با مطالعه آن علاقه­مندي­مان جهت مطالعه زمين­شناسي افزايش يابد.

تعاريف پايه

لايه­بندي و يا چينه­بندي:تعريف و هندسه. يك لايه، طبقه­بندي سنگي نهشته شده بر روي سطح زمين است كه دو سطح مشخص به نام سطوح لايه­بندي از بالا و پايين آن را فرا گرفته است؛ اين سطوح معمولا نشانگر قطع شدگي در رسوبگذاري، به سخن ديگر وقفه­ي رسوبگذاري، و يا يك پريود فرسايشي، و يا تغييري در نوع منبع توليد كننده­ي رسوب است. به طور عادي داراي ضخامتي نزديك به سانتيمتر تا متر هستند. لايه، كم و بيش هم معنا با چينه است، اما اين اصطلاح فقط به صورت جمع (براي مثال چينه­هاي سيلورين) بكار گرفته مي­شود. لايه­ها ممكن است از نظر تركيب و ساختار دروني همگن، و كم و بيش نشانگر رسوبگذاري پيوسته باشند. اما اين اصطلاح براي يك واحد رسوبي در بردارنده­ي تعدادي طبقات نازك نيز استفاده مي­شود. اصطلاح لايه­اي (لايه­دار)، به معني مركب از لايه­ها است، براي مثال سنگهاي لايه­اي، نازك_ لايه، لايه_ چليپايي و مانند آنها. لايه بندي به عنوان نام اشتراكي و يا جمعي براي لايه­هاي موجود در در يك بيرون زدگي و يا يك ناحيه استفاده مي­شود، براي مثال لايه­بندي به طرف غرب شيب دارد. اين اصطلاح همچنين براي تشريح ويژگيهاي لايه­ها مانند لايه­بندي دانه ترتيبي استفاده مي­شود.

ساده­ترين نوع لايه­بندي هندسي در بردارنده­ي يك گروه سطوح موازي، نشانگر يك گروه لايه و يا يك سازند با ضخامت يكنواخت است، اما در عمل، ضخامت لايه­ها و سازندها به طور جانبي تغيير مي­كند. كه در اين صورت هندسه­ي سازند را بايد با دو سطح ناموازي محصور كننده تشريح كرد. تغييرات ضخامت در چنين سازندي ممكن است با يك گروه خطوط هم ضخامت نشان داد.

پيشروي و پسروي: اصطلاح پيشروي براي تشريح ساختاري بكار مي­رود كه از توالي لايه­هاي گوه­اي شكل كه بيشتر از حاشيه­ي لايه زيرين گسترش يافته تشكيل شده به گونه­اي كه به طور جزيي روي سنگ پي پيرتر قرار مي­گيرند (به شكل ۱ مراجعه شود). چنين ساختاري، شاخص تواليهاي رسوبي در حوضه­هاي رو به گسترش با خطوط ساحلي پيشرونده است. اصطلاح همپوشاني مترادف آن است. پسروي، ساختاري است كه توالي لايه­هاي گوه­اي شكل را در بر مي­گيرد كه تا حاشيه­ي لايه زيري گسترش نيافته و پيش از آن پايان مي­پذيرد، (به شكل ۱- الف مراجعه شود). چنين ساختاري ويژه­ي تواليهاي رسوبي در حوضه­هاي منقبض شونده با خطوط ساحلي پسرونده است.

ناپيوستگي­ها و ساختارهاي وابسته: قطع شدگي در ثبت چينه­اي نشانگر فواصل زماني زمين شناسي است كه بان نبود رسوبگذاري مشخص مي­شود، و به نامهاي گوناگوني بويژه قطع رسوبگذاري، نبود توالي ناقص، ناپيوستگي­هاي غيرفرسايشي، ناپيوستگي­هاي فرسايشي و دگرشيبي­ها ناميده مي­شود (به شكل ٢ مراجعه كنيد). قطع رسوبگذاري نشانگر انقطاع در رسوبگذاري است و به وسيله­ي تغييرات ناگهاني در نوع رسوب مشخص مي­شود كه سطوح ناپيوسته­اي(سطوح لايه­بندي) را ايجاد مي­كند و هيچگونه نشاني از وقفه­ي زماني وجود ندارد. توالي ناقص(يا ناپيوستگي غيرفرسايشي) همانند قطع رسوبگذاري است، اما شواهد جانوري و يا شواهد ديگري مبني بر يك وقفه­ي زماني را آشكار مي­كند. ناپيوستگي فرسايشي از نشانه­هاي فرسايشي در طول قطع رسوبگذاري مشخص مي­شود، اما لايه­بندي زير سطح فرسايش، موازي لايه­هاي بالايي است، به سخن ديگر در لايه­هاي زيري پيش از فرسايش دگرديسي وجود ندارد.

دگرشيبي­ها از ديگر قطع چينه­اي با ناهماهنگي زاويه­اي ميان لايه­هاي قديمي­تر در زير سطح دگرشيبي و لايه­هاي جوانتر در بالا تشخيص داده ­مي­شود. بنابراين يك دگرشيبي توالي رويدادهاي زير را نشان مي­دهد.

الف) رسوبگذاري چينه­هاي پاييني

ب) كج شدگي و يا نوع ديگر دگرديسي چينه­هاي پاييني

ج) فرسايش

د) رسوبگذاري چينه­هاي بالايي

ساختار توليد شده از ناهماهنگي چينه­هاي جوانتر با چينه­هاي قديمي­تر را اوراستپ (متجاوز) مي­نامند، و گفته مي­شود كه لايه­هاي پايين سري جوانتر به لايه­هاي گوناگون سري قديمي­تر تجاوز كرده كه به وسيله سطح فرسايش برده شده است(به شكل ٢ رجوع كنيد). يك ناپيوستگي آذرين پي (ناهم شيبي) يك نوع ناپيوستگي است كه چينه­هاي جوانتر روي سطح فرسايشي قرار دارد كه سنگهاي غيرلايه­اي را مي­برد.

هندسه­ي صفحات و خطوط مايل. وضعيت فضايي: صفحه­اي مايل، مانند سطح لايه­بندي، برگ وارگي، گسلها و مانند آنها به آساني بر حسب امتداد و شيب صفحه تشريح مي­شود (به شكل ٣- الف) مراجعه شود. امتداد جهت منحصر بفرد يك خط افقي مستقيم واقع روي يك سطح مايل است كه بر حسب زاويه­ي راستا (آزيموت) ثبت مي­شود. شيب، تمايل و يا كجي يك سطح مستوي، براي مثال سطح لايه­بندي، يا برگ وارگي است. شيب حقيقي يك صفحه (زاويه ميان افق و صفحه) در صفحه­اي قائم عمود بر امتداد اندازه­گيري مي­شود و بزرگترين زاويه­ي قابل

اندازه­گيري ميان صفحه­ي مفروض و افق است. خطوط روي صفحه با جهت­گيري ديگر داراي تمايل كمتري نسبت به افق هستند، اين زوايا نشانگر شيب­هاي ظاهري است. بنابراين شيب ظاهري، زاويه­ي ميل صفحه­ي مفروض نسبت به افق است كه روي صفحه­اي نامتعامد نسبت به امتداد صفحه اندازه­گيري مي­شود. زاويه­ي شيب ظاهري كه روي مجموعه­اي از صفحات قائم اندازه­گيري مي­شود بين صفر (موازي خط امتداد) تا بيشينه در جهت شيب حقيقي تغيير مي­كند. اگر زاويه­ي شيب ظاهري در دو جهت مختلف اندازه­گيري شود، شيب حقيقي با استفاده از استريوگرام قابل محاسبه است (به پيوست مراجعه شود). جهت شيب (يعني جهتي كه صفحه از سطح افق به سوي پايين شيب دارد) مستقيما به وسيله­ي قطب نما به صورت زاويه­ي راستا (آزيموت) اندازه­گيري مي­شود و يا نسبت به جهت امتداد كه با جهت شيب زاويه ﹾ۹۰ مي­سازد. بنابراين ممكن است گفته شود كه يك لايه SEﹾ۳۰ (ﹾ۳۰ به سوي جنوب شرقي) شيب دارد اگر جهت امتداد بيان شود و يا ﹾ۳۰ به سوي ﹾ۱۱۰ اگر جهت امتداد بيان نشود. نمايش قراردادي جهت شيب روي نقشه­ي زمين شناسي يك پيكان است. نوك پيكان نشانگر مكان اندازه­گيري و يا مشاهده است، و اندازه­ي شيب بر حسب درجه مجاور پيكان يادداشت مي­شود. روي بسياري از نقشه­ها، اين نشانه­ با يك خط موازي امتداد همراه با يك خط كوتاه نشانگر جهت شيب، جايگزين مي­شود.

جهت­گيري يك ساختار خطي (براي نمونه محورچين) بر حسب پلانژ يا زاويه انحراف اندازه­گيري مي­شود. پلانژ زاويه­ي ميان خط و افق روي يك سطح قائم است. پلانژ به صورت يك زاويه و يك راستا (آزيموت) بيان مي­شود كه جهت پلانژ است. براي مثال ﹾ۳۰ در راستاي ﹾ۴۵ و يا NEﹾ۳۰. زاويه­ي انحراف، جهت­گيري يك خط است كه بر حسب زاويه­ي از افق روي يك صفحه­ي غيرقائم مشخص اندازه­گيري مي­شود. براي بيان زاويه­ي انحراف بايد امتداد و شيب صفحه­ي اندازه­گيري، اندازه­ي زاويه­ي انحراف و راستايي كه از آن زاويه­ي انحراف اندازه­گيري مي­شود، داده شود (از آنجا كه در صفحه­اي مفروض براي هر زاويه­اي انحراف دو جهت ممكن وجود دارد)، به شكل ٣ ب مراجعه شود در صحرا جايي كه اندازه­گيري دقيق زاويه­ي ميان درزه­هاي مايل، برگ وارگي و يا سطوح لايه­بندي آسان­تر از اندازه­گير پلانژ است، اين روش مفيد است. پلانژ به آساني ممكن است به كمك استريوگرام تعيين شود (به پيوست مراجعه كنيد). وسيله مورد استفاده در صحرا براي اندازه­گيري تمايل (شيب) يك سطح مستوي و يا پلانژ يك خطواره، شيب سنج ناميده مي­شود و اغلب با يك قطب نما تركيب شده تا بتوان جهت­گيري صفحات و خطوط را با مراجعه به مختصات جغرافيايي تعيين كرد.

نمايش ساختارها روي نقشه­هاي زمين­شناسي: روي نقشه­هاي زمين­شناسي، وضعيت فضايي لايه­ي مستوي و مانند آنها را ممكن است به وسيله­ي يك گروه خطوط امتداد موازي با امتداد صفحه و يا گروهي از صفحات مورد پرسش ثبت كرد. اگر شيب صفحات ثابت باشد، خطوط امتداد مستقيم با فواصل يكنواخت است. افزايش شيب موجب كاهش فاصله و كاهش آن موجب افزايش فاصله مي­شود (به شكل ٤، الف رجوع شود). سطحي با امتداد متغير با خطوط امتداد منحني به نام كانتورهاي ساختاري نمايش داده مي­شود (به شكل 4، ب مراجعه كنيد). كانتورهاي ساختاري، ارتفاع ثابتي را روي يك سطح ساختاري دنبال مي­كنند، و يك گروه از چنين كانتورهايي كه به فواصل ارتفاعي يكنواخت كشيده شده­اند، شكل سه بعدي يك سطح ساختاري را نمايش داده، همانگونه كه كانتورهاي توپوگرافي تغييرات ارتفاع سطح زمين را روي نقشه توپوگرافي نشان مي­دهند. روش آسان­تر، اما كم دقت­تر براي به تصوير كشيدن ساختارها روي يك نقشه، استفاده از خطوط فرم است. اين خطوط براي نشان دادن جهت عمومي امتداد سطحي چين خورده روي يك نقشه كشيده مي­شود (به شكل ۱٣-٢ مراجعه كنيد). نشانه­اي روي خط امتداد، نشانگر شيب است. يك گروه خطوط فرم هندسه­ي چين­خوردگي را به شيوه­اي همانند الگوي بيرون زدگي چينه­ها نمايش مي­دهند. بنابراين مناطقي كه تك­تك سازندها نقشه­برداري نشده­اند، اين خطوط را مي­توان بكار برد. يك گروه كانتورهاي خط فرم را مي­توان به دقت رسم كرد، به گونه­اي كه فواصل آنها با شيب متناسب باشد. نقشه­ي كانتوري كه بدين وسيله ترسيم مي­شود، شكل سطح چين­خورده­اي را نشان مي­دهد به گونه­اي كه يك نقشه كانتوري توپوگرافي پستي و بلنديها را نمايش مي­دهد (به راگان سال 1973 مراجعه شود). سطح فرم هر سطح مستوي است كه سطح زمين را به صورت خطوط فرم قطع مي­كند و قابل استفاده براي نقشه برداري ساختاري است.

يك كانتور هم ضخامت، خطي است كه نقاط يك سازند و يا گروهي از چينه­ها كه ضخامت چينه­اي چينه­اي يكساني دارند را به هم مي­پيوندد. براي نشان دادن شكل سه بعدي يك واحد با ضخامت متغير، نقشه­ي هم ضخامت ترازبندي مي­شود. اين روش، براي مثال در مطالعه­ي حوضه­هاي رسوبي و براي نماياندن هندسه­ي واحدهاي چينه­اي كه به وسيله­ي ناپيوستگي­ها قطع شده است، بكار گرفته مي­شود. نقشه­هاي هم ضخامت را ممكن است از داده­هاي گمانه­اي كه ضخامت را مستقيما ارائه مي­دهد، و يا از رسم هندسي كانتورهاي بالا و پايين واحد و كم كردن مقادير آنها از هم تهيه كرد. خط تقاطع يك واحد چينه­اي با يك واحد چينه­اي بالاتر، مانند يك ناپيوستگي به وسيله كانتور هم ضخامت صفر براي توده­ي سنگي ميان دو مرز مورد نظر نشان داده مي­شود. اين خط، اغلب لبه­ي پر مانند ناميده مي­شود براي مثال لبه­ي پرمانند ته لايه­هاي زغال­دار در قاعده­ي ترياس.

يك اصطلاح وابسته­ي ديگر، بيرون زدگي تحت الارضي يك واحد سنگي است. يك سازند چينه­اي ممكن است صفحه­اي تحت الارضي مانند يك ناپيوستگي و يا يك گسل را قطع كند كه مساحت صفحه­ي كشيده شده ميان خطوط تقاطع (لبه­هاي پرمانند) مرزهاي سازند را نشان مي­دهد.

اثرات توپوگرافي: در نواحي داراي چينه­هاي افقي و يا كم شيب، الگوي بيرون زدگي بيشتر به وسيله­ي توپوگرافي كنترل مي­شود. لايه­هاي جوانتر در ترازهاي بالاتر توپوگرافي و لايه­هاي قديمي­تر در ترازهاي پايين­تر پديدار مي­شوند. بيرون زدگي­هاي سنگهاي جوانتر كه به طور كامل با لايه­هاي قديمي­تر احاطه شده­اند، برون نهشته­ها ناميده مي­شوند، و همانند تپه­هايي است كه به وسيله­ي فرسايش از ديگر بيرون زدگي­هاي همان لايه­ها جدا شده­اند (شكل ۵). برعكس، يك درون نهشته ناحيه­اي از سنگهاي قديمي است كه سنگهاي جوانتر آنها را احاطه كرده است، براي مثال در دره­اي كه از ميان چينه­هاي جوانتر بريده شده است. برون نهشته­ها و درون نهشته­ها هر دو ممكن است با اثر متقابل توپوگرافي بر ساختارها بوجود آيند. براي مثال يك تاقديس و يا يك فرازمين (به شكل ۹-۱ رجوع شود) كه از دره­اي مي­گذرد ممكن است به ترتيب يك چين و يا يك گسل درون نهشته تشكيل دهد.

معمولا بايسته است به ساختارهاي يك ناحيه كه از نقشه­ي زمين شناسي تهيه مي­شود، با رسم مقاطع عرضي كه نمايش نموداري (ترسيم شده در صفحه­اي قائم) زمين­شناسي يك ناحيه است، اطلاعات دو بعدي افزوده شود. در مورد چگونگي ادامه­ي ساختارهاي قابل رؤيت در سطح به طرف عمق زمين فرضيات بخردانه­اي را بايد بكار برد و يافته­هاي سطحي ممكن است به داده­هاي به دست آمده از گمانه­ها و چاه­ها و مانند آنها افزوده شود. مقاطع عرضي را ممكن است در طول يك و يا چند خط ويژه روي نقشه رسم كرد كه بيشترين يافته­هاي قائم از ساختارها را به نمايش بگذارد. تركيب نقشه و مقاطع عرضي بايد تصوير سه بعدي خوبي از ساختار زمين شناسي يك ناحيه ارائه بدهد. در نواحي كمپلكس ممكن است براي پوشش بهتر تغييرات ساختاري از چندين مقطع استفاده كرد. براي يك مقطع قائم ممكن است از تصوير فرو_ پلانژ استفاده كرد؛ اين تصوير نيمرخ و يا مقطع عرضي بازسازي شده يك چين عمود بر پلانژ محور چين است. براي تصوير اين نمايش دقيق­تر هندسه­ي چين است.

شكستگيها و گسلها

شكستگيهاي سنگ

شكستگيهاي سنگ، رايج­ترين ساختار زمين­شناسي است كه ممكن است در ظاهر هر سنگي ديده شود. شكستگيها، تركهايي است كه در امتداد آنها، چسبندگي مواد از بين رفته و ممكن است به عنوان سطوح ناپيوستگي به شمار آيد. در صورت وجود جابه جايي قابل اندازه­گيري در امتداد سطوح شكستگي يعني سنگ يك طرف در طول شكستگي نسبت به طرف ديگر حركت كرده است، شكستگي را گسل مي­نامند، هرجا، جابه جايي وجود نداشته و يا بسيار كوچك بوده كه ديده نمي­شود، شكستگي را درزه مي­گويند. اما تشخيص اين دو نسبتا مصنوعي بوده و اغلب به مقياس مشاهده مربوط است.

شكستگيها به چند دليل حائز اهميت هستند. حضور آنها تأثير بسزايي بر مقاومت سنگ داشته و در ارتباط با عمليات مهندسي عمران، مانند احداث و بناي تونل­ها و سدها بايد به دقت مطالعه شود. آنها همچنين محلهاي مهمي براي كانه­سازي بوده، زيرا با باز شدن شكستگيهاي اتساعي ناشي از تنشهاي كششي، به طور عادي با مواد معدني ته نشين شده اشغال مي­شود.

هندسه و نامگذاري گسل

تعريف گسل: گسل، شكستگي صفحه­اي است كه سنگ در امتداد آن عموما در جهتي موازي با سطح شكستگي جابجا شده است.

هندسه­ي جابه جايي: مؤلفه­هاي اصلي جابه جايي يك گسل در شكل (۱-۱) نشان داده شده است. جايي كه گسل قائم نباشد، بلوك بالاي گسل را فراديواره و بلوك زير آن را فروديواره مي­گويند.

تمايل سطح گسل را اغلب با اندازه­گيري زاويه­ي ميان سطح گسل و راستاي قائم تعيين مي­كنند كه در اين صورت به آن زاويه­ي انحراف از قائم گويند. جابه جايي دو ديوار روي سطح گسل ممكن است هر جهتي را به خود بگيرد. گسلهايي كه جابه جايي آنها به موازات امتداد گسل بوده، گسلهاي امتداد لغز و آنها كه جابه جايي­شان به موازات شيب حقيقي گسل است، گسلهاي شيب لغز ناميده مي­شوند. گسلهايي كه جابه جايي آنها داراي مؤلفه­هاي لغزش امتدادي و لغزش شيبي بوده، مانند شكل 1-1، گسلهاي اريب لغز گويند. گسل امتداد لغز ممكن است، گسل رنچ، برشي و يا تراگذر ناميده شود.

جابجايي روي گسلهاي شيب لغز را اغلب بر حسب مؤلفه­هاي افقي و قائم جابجايي اندازه­گيري مي­كنند كه به ترتيب جابجايي افقي و جابجايي قائم ناميده مي­شود، (شكل ٢-۱). معمولا براي گسلهاي شيب لغز، جابجايي قائم به جابجايي حقيقي بكار برده مي­شود. رابطه­ي ميان اين مؤلفه­ها عبارت است از:

كه در آنها α شيب گسل است.

تشخيص اين امر كه اندازه­گيري جابجايي گسل در عمل دشوار بوده مهم است، زيرا تطبيق نقاط صحيح و دقيق روي دو ديواره­ي گسل اغلب ناممكن است. اگر لايه­بندي جابجا شده باشد، نمي­توان با اطمينان ميزان جابجايي ظاهري مربوط به حركات لغزش امتدادي و لغزش شيبي را تعيين كرد (شكل ٣-۱