Bruno Tomljenovirgn.hr/~bruntom/nids_bruntom/PDF Strukturna... · 2014-03-25 · Danas aktivni, recentni režim naprezanja koji vlada u nekom dijelu Zemljine kore važno je poznavati,

STRUKTURNA GEOMORFOLOGIJA

1

GEOMORFOLOGIJA

Bruno Tomljenović

Aktivno Aktivno naprezanje u naprezanje u Zemljinoj koriZemljinoj kori

Aktivno (recentno) naprezanjeu Zemljinoj kori

S obzirom da su tektonski pokreti jedan od najvažnijih čimbenika koji utječu na formiranje i razvoj reljefa (pod tim se podrazumijevaju svi oblici, ravnine i neravnine na površini Zemlje), u provedbi geomorfološke analize nekog područja logično je najprije prikupiti podatke o prošlim i recentno aktivnim tektonskim pokretima , odnosno podatke o režimu paleo-naprezanja i recentnog naprezanja u tom dijelu Zemljine kore*.

2Strukturna geomorfologijaB. Tomljenović

Paleo-naprezanja aktivna tijekom pojedinih razdoblja u geološkoj prošlosti moguće je rekonstruirati na temelju dinamičke strukturne analize rasjeda i smičnih pukotina* zabilježenih u stijenama odgovarajuće starosti.

*O vrstama naprezanja u Zemljinoj kori vidi uvodno poglavlje, a o dinamičkoj strukturnoj analizi rasjeda i smičnih pukotina poglavlje “Mehanika stijena” u materijalima za predmet

“Strukturna geologija”)

Danas aktivni, recentni režim naprezanja koji vlada u nekom dijelu Zemljine kore važno je poznavati, jer je na taj način moguće:

� procijeniti da li je, i u kojoj je mjeri, reljef Zemljine površine pod utjecajem aktivne tektonike kao posljedice recentnog naprezanja u Zemljinoj kori ?

� prepoznati potencijalno aktivne rasjede ili pojedine dionice (segmente) rasjeda koji su s obzirom na recentno polje naprezanja u


(segmente) rasjeda koji su s obzirom na recentno polje naprezanja u “povoljnom” položaju pa je stoga moguće očekivati da se i jedan dio akumuliranog naprezanja povremeno oslobađa pomakom po tim rasjedima. Na taj način takvi rasjedi ili njihovi pojedini segmenti mogu predstavljati potencijalne, recentno aktivne seizmogene rasjede, bez obzira što je moguće da su inicijalno stvoreni tijekom nekog ranijeg razdoblja u geološkoj prošlosti

Podaci o recentnom režimu naprezanja u Zemljinoj kori, promatrano na lokalnoj, regionalnoj i globalnoj razini, javno su dostupni iz više izvora:

� iz znanstvenih publikacija (npr. Herak et al., 2008; Bada et al., 2007 i dr. postavljenih na web stranici predmeta)

� iz baze podataka na adresi: http://www.world-stress-map.org.


� Podaci o recentnom naprezanju u cirkum-Jadranskom području( preuzeto s adrese: http://www.world-stress-map.org.)


(Heidbach, et al., 2008: The World Stress Map database release 2008; doi:10.1594/GFZ)

“World-stress-map” baza podataka načinjena je kao interaktivna baza s koje se mogu preuzimati i u koju se mogu pohranjivati podaci o recentnom polju naprezanja dobiveni na temelju različitih metoda od kojih su najčešće:

1) Analiza žarišnih mehanizama potresa (engl. focal mechanism solutions)2) Analiza deformacija kanala bušotina (engl. borehole breakouts)3) Hidrauličko frakturiranje (engl. hydrofracturing) 4) Analiza recentno aktivnih rasjeda (geološki pokazatelji naprezanja)


(Heidbach, et al., 2008: The World Stress Map database release 2008; doi:10.1594/GFZ)

U okviru predmeta “Strukturna geologija” objašnjena je teorijska osnova i postupci kojim je moguće proračunati glavne osi naprezanja iz podataka zabilježenih na rasjedima i smičnim pukotinama. Treba, međutim, napomenuti da na taj način proračunata orijentacija triju vektora naprezanja odgovara aktivnom naprezanju za vrijeme formiranja analiziranih rasjeda i smičnih pukotina, ali pod uvjetom da te strukture nakon formiranja nisu promijenile svoju prvotnu orijentaciju (npr. putem rotacije iz prvotnog u novi položaj).

U okviru “Strukturne geomorfologije” u narednim slajdovima objasnit će se


U okviru “Strukturne geomorfologije” u narednim slajdovima objasnit će se teorijska osnova i postupci za proračun polja naprezanja pomoću druge dvije, često korištene metode, koje praktički čine glavni izvor podataka prikazanih o vektorima naprezanja u World-stress-map bazi:

1) Analiza deformacija kanala bušotina (engl. borehole breakouts)2) Analiza žarišnih mehanizama potresa (engl. focal mechanism solutions)

1) Analiza deformacija kanala bušotina (engl. borehole breakouts)svodi se na mjerenje promjera kanala bušotine pomoću dipmetra ilidrugog odgovarajućeg uređaja za karotažna mjerenja u bušotinama,nakon čega se snimak analizira da bi se utvrdilo da li se prvotnokružni presjek kanala bušotine pretvorio u eliptični.

Mjerenje promjera kanala bušotine dipmetrom duž dva okomita pravca (iz Burbank & Anderson, 2001; prema Plumb & Hickman , 1985).


U slučaju diferencijalnog naprezanja oko kanala bušotine, očekuje se deformacija i proširenje kanala bušotine duž pravca paralelnog s vektorom najmanjeg horizontalnog naprezanja.

Naime, ukoliko je došlo do deformacije kanala bušotine zbog naprezanja u prostoru oko bušotine, ona se prepoznaje po slomu i produljenju kanala na dijametralno nasuprotnim stranama.

U vertikalnim bušotinama ta su produljenja kanala orijentirana po pravcu paralelnom s osi najmanjeg tlačnog naprezanja (Sh ≈ σ3)


Shematski prikaz tipskih oblika pri deformaciji kanala bušotine u a) pijesku, b) pješčenjaku i c) u granitu (iz Zang & Stephansson, 2010)


Snimak deformacije kanala KTB bušotine (Kontinentales Tiefbohrprogramm derBundesrepublik Deutschland) na dubini oko 1.725 m (prema Mastin et al., 1991)

Dijagrami žarišnih mehanizama potresa na području sjeverne Hrvatske (iz Herak et al. 2009). Pravci u središtu dijagrama prikazuju orijentaciju

2) Analiza žarišnih mehanizama potresa engl. focal mechanism solutions (FMS), ili fault-plane solutions (FPS)ili earthquake focal mechanismssvodi se na proračun glavnih vektora naprezanja iz podataka o prvimnailascima P-valova zabilježenih na seizmogramima određenog potresa

11

prikazuju orijentaciju kompresijske osi naprezanja (P-os). Mehanizmi ukazuju na pretežito kompresijski režim naprezanja s dominacijom reversnih rasjeda u središnjem dijelu područja, za razliku od rubnih dijelova u kojim dominiraju rasjedi s horizontalnim pomacima.

Strukturna geomorfologijaB. Tomljenović

Što je žarišni mehanizam potresa (ŽMP) ?

Pod tim se nazivom podrazumijeva dijagram u stereografskoj projekciji (ili kraće stereogram) koji je načinjen na temelju analize oblika prvih nailazaka P-valova registriranih na seizmogramima za određeni potres. Uobičajeno je da se za izradu pouzdanog ŽMP-a koristi barem 10 seizmograma iz različitih seizmoloških postaja koje su zabilježile isti potres, po mogućnosti prostorno raspoređene sa svih strana oko epicentra.

Budući da dijagrami ŽMP-a nalikuju na lopte za igranje na plaži (engl. beachball), kolokvijalno se još nazivaju i beachball dijagrami.


Što je prikazano na beachball dijagramu ?

Na dijagramu su prikazane dvije ravnine (tzv. nodalne ravnine) koje predstavljaju dvije, međusobno okomite rasjedne plohe. Na jednoj od njih se desio potres čiji su prvi nailasci P-valova korišteni za konstrukciju dijagrama . Koja od ovih ploha odgovara tom seizmogenom rasjedu nije poznato iz dijagrama, već je za tu procjenu potrebno konzultirati dodatne seizmološke i geološke podatke (odnosno seizmotektonske podatke).

Dvije okomite rasjedne plohe zatvaraju 4 prava kuta (4 diedra ili kvadranta), a nasuprotni diedri su na dijagramu označeni crnom i bijelom bojom.


bojom.

Što prikazuju bijela i crna polja na beachball dijagramu ?

Bijeli diedri (kvadranti) su kompresijski, a crni su tenzijski diedri. Međutim, treba upamtiti da je karakter prvih nailazaka P-valova na seizmogramu bio upravo suprotan: u bijelom, kompresijskom diedru projiciraju se prvi tenzijski nailasci, a u crnom, tenzijskom diedru prvi kompresijski nailasci.

oznaka za prvikompresijski nailazak P-vala


oznaka za prvikompresijski nailazak P-vala

oznaka za prvi“neodređeni” nailazak

Gdje su glavne osi naprezanja na beachball dijagramu ?

Glavna kompresijska os (P-os) nalazi se u središtu kompresijskog diedra, a od svake rasjedne plohe otklonjena je za kut od 45°.Glavna tenzijska os (T-os) nalazi se u središtu tenzijskog diedra, također od svake rasjedne plohe otklonjena za kut od 45°.Srednja os (N-os) nalazi se na sjecištu dvije nodalne ravnine, odnosno rasjedne plohe, dakle leži i u jednoj i drugoj rasjednoj plohi.P, T i N osi su međusobno okomite !


*Dvije rasjedne plohe na beachball dijagramu možemo donekle poistovjetiti s konjugiranim parom rasjeda ili smičnih pukotina i s njima povezanim rasporedom glavnih osi naprezanja. U

čemu je istovjetnost, a u čemu razlika između jednih i drugih dijagrama ?

Može li se prema izgledu beachball dijagrama prepoznati vrsta naprezanja u Zemljinoj kori ?

Dakako! U slučaju kad je kompresijska os (P-os) položena vertikalno, a druge dvije osi leže u horizontali, beachball dijagram prikazuje ekstenzijsko polje naprezanja. U slučaju kad je T-os položena vertikalno, a druge dvije osi leže u horizontali, dijagram prikazuje kompresijsko polje naprezanja. U slučaju kad je N-os položena vertikalno, a druge dvije osi leže u horizontali, dijagram prikazuje transpresijsko ili transtenzijskopolje naprezanja.


kompresijsko polje naprezanja

ekstenzijsko polje naprezanja

transpresijsko ili transtenzijsko polje

naprezanja

Kako se iz beachball dijagrama može odrediti karakter pomaka po prikazanim rasjedima i orijentacija njihovih vektora pomaka ?

Po istom principu kao i u slučaju konjugiranih parova rasjeda ili smičnih pukotina i njihove orijentacije u odnosu na glavne osi naprezanja u dinamičkoj strukturnoj analizi: A) vektor pomaka rasjeda je okomit na N-os, odnosno leži u ravnini PT-osiB) vektor pomaka usmjeren je iz kompresijskog u tenzijski diedar

(pamti: ide iz bijelog u crni diedar, kao da želi pobjeći iz svjetla u tamu)


dva protusmjerna normalna rasjeda

dva protusmjernareverzna rasjeda

desni i lijevi rasjed

Uz prethodno prikazane beachball dijagrame korisno je upoznati i primjer u kojem su P,T i N osi položene pod kutom u odnosu na horizontalu. Dakako, i u ovom slučaju sva prethodno opisana pravila o odnosima između osi, nodalnih ravnina (tj. rasjednih ploha) i vektora pomaka također vrijede.

Beachball dijagram koji prikazuje ekstenzijsko polje naprezanja za potres koji je nastao na jednom od dva


nastao na jednom od dva prikazana rasjeda:A) normalnom-lijevom

rasjedu nagnutom podkutom od oko 60° prema NE,

ili naB) normalnom-desnom rasjedu

nagnutom pod kutom od oko50° prema SE

Za kraj je potrebno upoznati princip kojim se koriste seizmolozi pri odredbi orijentacije rasjednih ploha i njihovih vektora pomaka !

Orijentacija rasjedne plohe:

U seizmologiji je uvriježeno da se orijentacija rasjeda iskazuje pomoću pravila “desne ruke” koju zamišljamo položenu dlanom na rasjednu plohu, pri čemu ispruženi palac pokazuje prema referentnom azimutu pružanja rasjeda (engl. reference strike). U tom slučaju azimut smjera nagiba rasjeda je okomit na referentno pružanje u smjeru preostalih prstiju desne ruke.


Orijentacija vektora pomaka rasjeda:

Iskazuje se kutom otklona (engl. rake) od referentnog (desnog) pružanja rasjeda, pri čemu vrijedi da:

A) U slučaju kad je vektor pomaka niz nagib rasjedne plohe (dakle kod normalnih rasjeda) kut otklona je s negativnim predznakom i mjeri se od referentnog pružanja u smjeru kretanja kazaljke na satu.

B) U slučaju kad je vektor pomaka suprotno od nagiba rasjedne plohe (dakle kod reversnih rasjeda) kut otklona je s pozitivnim predznakom i mjeri se od referentnog pružanja u smjeru obrnutom od kretanja kazaljke na satu.


kazaljke na satu.

Veličina kuta otklona vektora pomaka od desnog pružanja rasjeda i karakter pomaka po rasjedu


Vježba 3. Prouči tekst i riješi zadatke iz vježbe “Žarišni mehanizmi za geologe” V. Cronina (2004)!

Nakon toga riješi i sljedeći zadatak: Na temelju potresa magnitude 5.5 po Riechteru, zabilježenom 29. ožujka 2003. g. s hipocentrom u podmorju Jadrana kod otoka Jabuka, načinjen je žarišni mehanizam prikazan na donjoj slici (iz Herak et al., 2005).


Na temelju prikazanih podataka o orijentaciji dvaju rasjeda i njihovih vektora pomaka, odredi smjer i kut nagiba glavnih osi naprezanja. Koji je od ovih rasjeda vjerojatno prouzročio potres ? (obrazložite vašu pretpostavku)

Podaci o tipu i prostornom rasporedu aktivnih naprezanja i pretpostavljenim glavnim aktivnim rasjedima u Hrvatskoj i okolnim

područjima



Pojednostavljeni prikaz rasporeda i orijentacije najveće, horizontalne osi recentnog naprezanja i dominantni tip tektonskih pokreta prema podacima World

Stress Map baze podataka (iz Bada et al., 2007)


Trajektorije horizontalne osi recentnog naprezanja u Panonskom bazenu i okolnim područjima rekonstruirane na temelju različitih izvora podataka o aktivnom

naprezanju navedenih u legendi (iz Bada et al., 2007)


Orijentacija dominantnih rasjeda, njihovih vektora pomaka i glavnih osi recentnog naprezanja proračunati na temelju ŽMP-a u Panonskom bazenu i okolnim

područjima (iz Bada et al., 2007)


Raspored, orijentacija i karakter pomaka po glavnim rasjedima, i prevladavajući režim naprezanja u Panonskom bazenu i okolnim područjima za vrijeme pliocena i

kvartara (iz Bada et al., 2007)


Promjena režima naprezanja u litosferi rekonstruirana na temelju žarišnih mehanizama potresa duž profila od Jadrana do Karpata na

(iz Bada et al., 2007)

IZVORI SLIKA, TABLICA, CRTEŽA i LITERATURNI NAVODI:

• Bada, G., Horvath, F., Dovenyi,, P., Szafian, P, Windhoffer, G. & Cloetingh, S. (2007): Present-day stress field and tectonic inversion in the Pannonian basin.- Global and Planetary Change, 58, 165-180.

• Burbank, D.W. & Anderson, R.S. (2001): Tectonic Geomorphology.- BlackwellScience Pub., Oxford, 274 str.

• Cronin, V. (2004): A Draft Primer on Focal Mechanism Solutions for Geologists.- Teaching Quantitative Skills in the Geosciences, http://serc.carleton.edu/files/NAGTWorkshops/structure04/Focal_mechani

29

http://serc.carleton.edu/files/NAGTWorkshops/structure04/Focal_mechanism_primer.pdf

• Heidbach, O., Tingay, M., Barth, A., Reinecker, J., Kurfeß, D., and Müller, B. (2008): The World Stress Map database release 2008; doi:10.1594/GFZ. WSM.Rel2008, 2008

• Herak, D., Herak, M. & Tomljenović, B. (2009): Seismicity and earthquakefocal mechanisms in North-Western Croatia.- Tectonophysics, 465, 212-220.


IZVORI SLIKA, TABLICA, CRTEŽA i LITERATURNI NAVODI:

• Mastin, L.G., Heinemann, B., Krammer, A., Fuchs, K. & Zoback, M.D. (1991): Stress orientation in the KTB pilot hole determined from wellbore breakouts. Sci Drill, 2, 1-12.

• Plumb, R.A. & Hickman, S.H (1985): Stress-induced borehole elongation: a comparison between the four-arm dipmeter and the borehole televiewer in the Auburn geothermal well.- Journal of Geophysical Research, 90, 5513-5521.

• Zang, A. & Stephansson, O. (2010): Stress Field of the Earht’s Crust.-

30

• Zang, A. & Stephansson, O. (2010): Stress Field of the Earht’s Crust.-Springer, 322 str.


Documents

Bruno Tomljenovirgn.hr/~bruntom/nids_bruntom/PDF Strukturna... · 2014-03-25 · Danas aktivni, recentni režim naprezanja koji vlada u nekom dijelu Zemljine kore važno je poznavati,