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