Vrásy a Vrásnění. Ondrej Lexa

Transkript

1 Vrásy a Vrásnění Ondrej Lexa 2010

2 VRÁSY Vrásy patří k nejúchvatnějším geologickým jevům. Demonstrují to, jak moc se mohou původní tvary geologických těles změnit během deformace. Jejich klasifikace a hledání mechanismů jejich tvorby probíhají dlouhá desetiletí.

3 Vrásy různých velikostí Kolísají od kilometrových, viditelných jen v mapě, přes metrové, centimetrové, milimetrové až po mikroskopické.

4 Vrásy různé orientace vzpřímená vrása ležatá vrása šikmá (ukloněná) vrása

5 Převrácené/překocené vrásy vrásy, v jejichž alespoň jednom rameni jsou vrstvy v převrácené pozici tzn., prošli rotací větší než 90. V případě obou ramen se jedná o ponořené vrásy.

6 Vrásy různých tvarů podobné ptygmatické zalomené

7 Antiklinály, synklinály, antiformy, synformy A antiklinála B synformní antiklinála C synklinála D antiformní synklinála B, D převrácené vrásy

8 Antiklinorium a synklinorium

9 Geometrická analýza vrás vrchol/kýl vrásy (zámek 1D osa 2D) rameno vrásy inflexní bod hřbet/spodina vrásy

10 Vrásová osa (zámková linie) A přímková, B zakřivená, C zvlněná, D složená z přímek orientace osy nestačí k popisu vrásy

11 Osní rovina spojuje zámkové linie pozor na hřbet a zámek!!! A rovinná, B ohnutá, C zvlněná, D stopa v mapě a v profilu

12 Fleutyho diagram Sklon osní roviny Sklon vrásové osy vzpřímená šikmá ležatá

13 Konstrukce diagramů β a π osa β průsečnice ploch dvou ramen pól π kolmice na plochu procházející několika póly vrásněné plochy

14 Cylindrické a necylindrické vrásy póly leží na velkém oblouku, jsou koplanární póly leží přibližně na velkém oblouku není definována vrásová osa

15 Konstrukce plochy, která půlí úhel mezi rameny vrásy.

16 Superpozice vrásnění Superpozice několika vrásnění vede ke vzniku komplexních interferenčních vzorů

17 Superpozice I.

18 Superpozice II. Vrásové vzory popisují se na základě vzájemné orientace osních rovin a vrásových os. Dómy a bazény Houby Převrásněné vrásy

19 Interferenční vzory typu 1,2 a 3 Superp ozice vrásněn í

20 Superpozice III.

21 Klasifikace vrás krokvicová eliptická špičatá konjugovaná kruhová kapkovitá

22 Klasifikace podle meziramenního úhlu mírně zakřivená otevřená sevřená izoklinální

23 Vizuální klasifikace vrás podle tvaru zámku vrásy

24 Koncentrické/paralelní vrásy mají stálou mocnost vrásněné polohy

25 Podobné vrásy

26 Sklonové izogony Pravá mocnost izogony tα pravá vzdálenost tečen k vrásové vrstvě ukloněných pod úhlem α Podélná mocnost izogony Tα vzdálenost tečen k vrásové vrstvě ukloněných pod úhlem α měřená ve směru osní roviny

27 Metoda sklonových izogon Izogony jsou úsečky, které spojují dotyková místa tečen stejných úhlů Třída 1 izogony se rozvírají směrem k vnějšímu oblouku Třída 2 izogony jsou rovnoběžné Třída 3 izogony se rozvírají směrem k vnitřnímu oblouku Class 3

28 Metoda sklonových izogon Nakreslete pravý vrásový profil v rovině kolmé na vrásovou osu Definujte zámky a inflexní body, zkonstruujte stopu osní roviny a změřte pravou mocnost t0 (T0). Pro různé úhly a zkonstruujte těčny k vrásovému profilu α změřte pravou a podélní mocnost tα (Tα) Vyneste graf X-Y pro hodnoty α a tα/t0(tα/t0)

29 Třídy vrás

30 Izogony odrážejí charakter jednotlivých vrásněných poloh Třída 3 Třída 1B Třída 1A Třída 2

31 Mechanizmy vrásnění Co kontroluje mechanizmy vrásnění? Teplota Tlak Za vyšších teplot dochází k aktivaci nelineární reologie a viskozita se stává napěťově závislá. Tlak fluid Mechanické vlastnosti hornin a anizotropie

32 Pasivní (vrstva nemá mechanický význam) Vynucené vrásy (forced folds) Střižné vrásy (shear folds) Aktivní (vrásnění ohybem) Ohybové vrásy Buckling Bending

33 Vynucené vrásy Vrásy, které jsou geometrickým projevem zlomové tektoniky

34 Vynucené vrásnění PASSIVE

35 Příklad 1

36 Střižné vrásy (shear folds) PASSIVE

37 Příklad 1

38 Ohybové vrásy (buckle folds) ACTIVE!!

39 Elastický a viskózní model

40 Experiment

41 Časový vývoj ohybových vrás Zkrácení před vrásněním Zahájení vrásnění Amplifikace vrás Post-vrásové zploštění

42 Zkrácení před vrásněním Při malé rychlosti deformace, tok materiálu akomoduje zkrácení Vznik foliace Tlakové rozpouštění

43 Zahájení vrásnění Vrásnění začíná v místech materiálových nestabilit způsobených rozdíly v materiálových vlastnostech vrstvy. Klíčové faktory: Mocnost vrstvy Viskózní poměr vrstvy a média

44 Vlnová délka vs. mocnost S rostoucí mocností narůstá vlnová délka λ = t const.

45 Vlnová délka vs. viskózní kontrast

46 Zjednodušené odvození Biot-Rambergovy rovnice Rezistence může být rozdělena na dvě části: 2π 2 µ1d 3e&x Fint = 3Wi 2ex (snaha snížit rezistenci vede k maximalizaci vlnové délky) Fext = µ2wi e&x π ex (snaha snížit rezistenci vede k minimalizaci vlnové délky) Celková rezistence je: Hledáme vlnovou délku při který je rezistence minimální, proto: dftot 4π 2 µ1d 3e&x µ 2e&x = + dwi π ex 3W 3i ex Minimum (protože d 2 Ftot je kladná) funkce je pro Wi, když d 2Wi 4π 2 µ1d 3e&x µ2e&x + =0 π ex 3W 3i ex Zjednodušením dostaneme: 2π 2 µ1d 3e&x µ 2Wie&x Ftot = Fint + Fext = + 2 π ex 3Wi ex Biot, 1964, Ramberg, 1964, Fletcher, 1974

47 Viskózní kontrast Měřením délky oblouku (iniciální vlnové délky) můžeme zjistit viskózní kontrast: μ1/μ2 = (Wi/d) 3 Malé chyby v určení (Wi/d) vedou k velkým rozdílům ve viskózním kontrastu a proto můžeme hodnotu určit pouze orientačně (řádově). 12 W i/ d n 1 /n

48 Modifikovaná Biot Rambergova rovnice Homogenní ztluštění vrstvy před vrásněním: R je osní poměr deformační elipsy ztluštění Tato modifikace Biot-Rambergovi rovnice je známá jako Sherwin-Chapplova rovnice, a relativně dobře koresponduje s přírodním pozorováním Sherwin & Chapple, 1968

49 Vrásnění a napětí Kompetentní vrstvy akomoduji větší napětí než méně kompetentní vrstvy Critical buckling stress (CBS) CBS > pevnost.. křehké porušení CBS = pevnost.. křehké porušení + vrásnění CBS < pevnost.. vrásnění

50 Mnohovrstevný soubor V mnohovrstevném souboru, nejpevnější (nejtenčí) vrstvy akomodují napětí jako první. V momentu porušení (vrásnění) napětí přechází do měkčích a tlustějších vrstev To se může opakovat až do doby nalezení kontrolní vrstvy

51 Kontrolní vrstva se vrásní s dominantní vlnovou délkou, která ovlivňuje všechny vrstvy ve své deformační zóně

52 Amplifikace vrás Po zahájení vrásnění dochází k rychlé amplifikaci

53 Kontrolní vrstva se může v čase měnit

54 To může vést ke vzniku parazitických vrás

55 Pásy zalomení (kink bands) V intensivně foliovaných horninách (výrazná anisotropie) dochází k vzniku pásů zalomení Zalamování je závislé na frikci mezi plochami anisotropie.

56

57

58 Pásy zalomení a chevron vrásy

59 K zalamování může docházet v různých měřítkách

60 Kinematické modely vrásnění Jsou 4 kinematické modely s různou distribucí deformace ve vrásách Mechanismus ohybu (pure buckling) Mechanismus ohybového skluzu (flexural slip) a mechanismus ohybového toku (flexural flow) Mechanismus jednoduchého skluzu Modifikace vrás Před vrásněním Po vrásnění

61 Mechanizmus ohybu Ohyb s neutrálním povrchem

62 Extenze a komprese ve vrásách.

63 Mechanismus ohybového skluzu a ohybového toku

64 Mechanizmus jednoduchého skluzu Model balíčku karet Vznik střižných vrás Sklonové izogony jsou paralelní podobné vrásy

65 Zablokování vrás a post-vrásové zploštění Vrásy amplifikují do momentu zablokování Pak dochází k zploštění (pasivní amplifikace).

66 Modifikace tvarů vrás Paralelní/koncentrické vrásy se dále zplošťují Existují fyzikální limity maximálního zploštění Pokud vnitřní vrstvy můžou akomodovat zkrácení, vrásnění pokračuje

67 Post-vrásové zplostění Vrása ohybového skluzu Ohyb s neutrálním povrchem

68 Jak vznikají vrásy třídy 3?

69 Určení kinematického modelu

70 Vývoj komplexní vrásové struktury