گروه زمین شناسی و محیط زیست کرمان

اهمیت و کاربرد های تكتونيك (Tectonic) و زمین شناسی ساختمانی

Tectonic : The study of processes that move and deform Earth's crust. Describing the forces that cause the movements and deformation of Earth’s crust on a large scale, also describes the resulting structures or features from these forces.

هر کسي که با زمين شناسي سر و کار داشته باشد، تشخيص مي‌دهد که پوسته زمين در طي تاريخ زمين شناسي يک واحد ثابت و غير متغيري نبوده است بلکه به کرات در برابر عوامل داخلي و خارجي در آن تغيير شکل ايجاد شده است. شاهد اين مدعي وجود نواحي عظيم چين خورده يعني سلسله کوههاست که در آن رسوبات و سنگهاي ديگر فشرده شده و فرم آنها تغيير کرده است.

عامل ديگر رسوبات دريايي است که اينک در قلل مرتفع کوهها ديده مي شود و در برخي موارد هزاران متر از سطح دريا بالاتر قرار گرفته است و اين خود ناپايداري قشر زمين را نشان مي‌دهد. بطور کلي مي‌توان گفت که زمين شناسي ساختماني و تکتونيک ، درباره ساختهاي مختلف سنگهاي تشکيل دهنده پوسته زمين، چگونگي تشکيل و ارتباط آنها با عوامل داخلي زمين بحث مي‌کند.

اهميت و کاربرد زمين شناسي ساختماني

زمين شناسي ساختماني در بين ساير علوم زمين شناسي ، موقعيت خاصي را داراست. مثلا تهيه نقشه زمين شناسي محل ، بدون آگاهي به نوع ساختمانهاي منطقه ، غير ممکن است. زيرا بدون توجه به ساختمانهاي موجود ، ارتباط واحدهاي مختلف زمين شناسي امکان پذير نيست. از سوي ديگر مواد معدني ، در ساختمانهاي خاص زمين شناسي متمرکز مي‌شوند.

مثلا نفت و گاز طبيعي بيشتر در قسمتهاي بالاي تاقديسها جمع مي‌شوند و با شناسايي اين ساختمانهاست که مي‌توان امکان وجود آنها را بررسي کرد. همچنين بسياري از موارد معدني بصورت رگه تشکيل مي‌شوند که اين رگه‌ها ، معمولا در امتداد گسلهاي موجود در منطقه تشکيل مي‌شوند. در بسياري موارد ، در اثر وجود گسلها و شکستگيها ، گسترش ماده معدني در يک منطقه قطع مي شود و براي پيدا کردن مجدد آن ، آگاهي به مشخصات تکتونيکي منطقه ، ضروري است.

آشنايي به وضعيت ساختماني منطقه ، کمک موثري در مطالعه آبهاي زيرزميني است. زيرا گسلها و شکستگيها ، مجراهاي مناسب جهت عبور آبهاي زيرزميني مي‌باشد. شناسايي دره ها و گسلهاي ناحيه ، يکي از بهترين مراحل مقدماتي حفر تونلها و احداث سدها به شمار مي‌آيد.

انواع بررسي‌هاي زمين شناسي ساختماني

- بررسي بر اساس وضعيت هندسي

در اين نوع تقسيم‌بندي ، ساختمانهاي مختلف زمين از نظر شکل هندسي مورد توجه قرار گرفته و به انواع چين‌ها ، گسل ، درزه‌ها و … تقسيم مي‌شوند.

- بررسي از نقطه نظر سينماتيکي

در اين بررسي ، اشکال مختلف زمين‌شناسي ، از نقطه نظر نحوه حرکات پوسته زمين ، که منجر به ايجاد ساختمان مذبور شده است، مورد بررسي قرار مي‌گيرند. در حقيقت در اين حالت چگونگي تشکيل ساختمانهاي مختلف ، مطالعه مي شود.

- بررسي تاريخي

مقصود از اين بررسيها ، مطالعه چگونگي تشکيل ساختمانهاي مختلف ، در دوره‌هاي خاص زمين‌شناسي است. زيرا بطوري که مي‌دانيم، در دوره‌هاي مختلف دوران زمين شناسي ، حرکات تکتونيکي مختلفي وجود داشته است.

- بررسي از نظر ديناميکي

در اين بررسي ، رابطه نيروهاي موثر بر سنگهاي زمين و ساختمانهاي حاصله ناشي از آنها مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

گسل ها (Faults)

A fracture or fracture zone in rock along which movement has occurred.

گسلها شکستگيهايي در پوسته زمين هستند که در طول آنها تغيير شکلهاي قابل توجهي ايجاد شده است. گاهي اوقات گسلهاي کوچک در ترانشه هاي جاده، جائي که لايه هاي رسوبي چند متر جابجا شده اند، قابل تشخيص هستند. گسلهايي در اين مقياس و اندازه معمولا بصورت تک گسيختگي جدا اتفاق مي¬افتد. در مقابل گسلهاي بزرگ، شامل چندين صفحه گسل درگير مي¬باشند. اين منطقه هاي گسله، مي¬توانند چندين کيلومتر پهنا داشته باشند و معمولا از روي عکسهاي هوايي راحتتر قابل تشخيص هستند تا سطح زمين.

در واقع حضور گسل در يک منطقه نشان مي¬دهد که در يک زمان گذشته، در طول آن جابجايي رخ داده است. اين جابجايي¬ها مي¬توانسته يا بصورت جابجائي آرام باشد که هيچ گونه لرزشي در زمين ايجاد نمي¬کند و يا اينکه بصورت ناگهاني اتفاق بيفتد که جابجايي هاي ناگهاني در طول گسلها عامل ايجاد اغلب زلزله ها مي¬باشد.  بيشتر گسلها غير فعال هستند، و باقيمانده¬اي از تغيير شکلهاي گذشته مي¬باشند. در امتداد گسلهاي فعال، حين جابجائي فرسايشي دو قطعه پوسته¬اي در کنار هم، سنگها شکسته و فشرده مي¬شوند. در سطح صفحات گسلي، سنگها بشدت صيقلي و شياردار مي¬شوند. اين سطوح صيقلي و شياردار به زمين شناسان در شناخت جهت آخرين جابجايي ايجادشده در طول گسل کمک مي¬کند. که زمين شناسان بر اساس جهت حرکت گسلها، آنها را به انواع مختلفي تقسيم بندي مي¬کنند که در قسمت انواع گسلها به اين تقسيم بندي مي¬پردازيم.

مشخصات گسلها

براي تعريف گسلها، از مشخصات هندسي آنها، يعني موقعيت قرارگيري آنها در يک فضاي سه بعدي، استفاده مي¬شود که عمده¬ترين اين مشخصات هندسي راستا و شيب مي¬باشند. شناخت اين پارامترها در سطح، زمين شناسان را قادر مي¬سازد تا ساختار سنگها و گسلها را در زير زمين و قسمتهاي دور از ديدشان، پيشبيني نمايند.

راستا:جهت و راستاي خط تلاقي صفحه گسل با افق تحت عنوان راستا شناخته مي¬شود. راستا معمولا بصورت زاويه¬اي با شمال مشخص مي¬گردد. براي مثال عبارت N20E نشان مي¬دهد که راستاي گسل 20 درجه به سمت شرق نسبت به جهت شمال متمايل است.

شيب:عبارتست از شيب سطح يک توده سنگي يا صفحه گسل، نسبت به صفحه افق. شيب شامل زاويه انحراف و نيز جهت آن ميباشد. جهت متصور شدن شيب يک گسل، بخاطر سپاري اين نکته است که آب هميشه در صفحه موازي با شيب گسل به سمت پايين جاري خواهد شد.

براي نمايش گسلها بر روي نقشه¬هاي زمين شناسي، بدين ترتيب عمل مي¬شود که با يک خط راستاي گسل را نشان ميدهند و با يک خط کوتاهتر و عمود بر خط قبلي، جهت شيب را مشخص کرده و درجه شيب را در کنار آن مينويسند.

انواع گسلها

تقسيم بندي گسلها فقط بر اساس هندسه و جهت جابجائي نسبي ايجاد شده در آنها صورت مي¬پذيرد. گسلهاي راستا لغز و گسلهاي شيب لغز دو تقسيم بندي کلي گسلها ميباشند که در زير تعاريف مربوط به آنها آورده مي¬شود.

» گسلهاي امتداد لغز (strike slip fault)

A fault with horizontal displacement, typically caused by shear stress.

گسلهايي که امتداد اصلي لغزش در امتداد راستاي گسل باشد، گسل امتداد لغز ناميده ميشوند. بر اساس جهت حرکت در امتداد راستاي گسل، گسلهاي چپ گرد و يا راست گرد را ميتوان تشخيص داد. نحوه تشخيص بدين ترتيب است که اگر در يک سمت از گسل بايستيم و حرکت سمت ديگر را نظاره نماييم، اگر حرکت آن از سمت چپ به راست باشد، گسل راست گرد و در حالت برعکس چپ گرد خواهد بود. بعنوان مثال شکل زير يک گسل امتداد لغز راست گرد را نشان ميدهد.

» گسلهاي شيب لغز (Dip slip Fault)

A fault in which two sections of rock have moved apart vertically, parallel to the dip of the fault plane.

گسلهايي که امتداد اصلي لغزش موازي جهت شيب گسل باشد، گسلهاي شيب لغز ناميده مي¬شوند. گسلهاي شيب لغز نرمال و معکوس بر اساس جهت حرکت دو قطعه نسبت به هم تعريف ميشوند. در صورتي که نيروي وارده فشاري بوده و دو قطعه را به هم نزديک کند، گسل شيب لغز معکوس و در صورت دو شدن دو قطعه از هم گسل شيب لغز نرمال ناميده مي شود.

بر اساس حرکتهاي قائم دو قطعه نسبت به هم، فرا ديواره و فرو ديواره قابل تشخيص است. در زبان انگليسي به فرا ديواره Hanging wall ( ديواره آوريز ) و به فرو ديواره Footwall اطلاق مي شود. دليل اين نامگذاري برميگردد به معدنکاراني که در معادن زير زميني کار ميکردند. چون غالبا معادن در محل تقاطع دو قطعه قرار دارند، فرا ديواره سقف معادن را تشکيل ميدهد که محل آويزان کردن چراغها در داخل معادن بود (Hanging wall) و فرو ديواره کف معدن يا محلي که پا بر روي آن قرار ميگيرد است که به آن Footwall اطلاق مي شود. در زبان فارسي از دو اصطلاح فرا ديواره و فرو ديواره براي نامگذاري استفاده مي شود.

در عمل لغزش گسل، ترکيبي از شيب لغز و راستا لغز مي¬باشد که گسل مايل ناميده مي شود. در شکل زير تمام حالتهاي ممکن به نمايش گذاشته شده است.

درزه ها (Joints)

The space between the adjacent surfaces of two members or components joined and held together by nails, glue, cement, mortar, or other means.

درزه‌ها عبارت از شکستگي‌هايي است که غالبا در سنگ مشاهده مي شود. مهمترين مشخصه درزه‌ها اين است که در اين نوع شکستگي‌ها ، حرکت نسبي به موازات صفحه شکستگي وجود ندارد و در صورتي که در اين سطح حرکتي وجود داشته باشد، شکستگي حاصله را گسل مي‌نامند. بايستي توجه داشت که در بسياري موارد ممکن است سنگهاي موجود در دو طرف سطح شکستگي در امتداد عمود بر اين سطح حرکت کنند. 

در بعضي موارد ممکن است اين حرکت به چندين سانتيمتر برسد. ابعاد درزه‌ها از چند سانتيمتر تا چندين صد متر تغيير مي‌کند. سطح درزه‌ در بسياري موارد يک سطح مستوي است اما ممکن است در بعضي حالات ، به صورت يک سطح غير مستوي باشد. در غالب موارد ، سطح درزه محدود و در حقيقت به حالت بسته است، اما در مراحل بعد، در اثر هوازدگي ، ممکن است درزه گسترش يافته و در سطح برسد و به صورت يک درزه باز در آيد.

طبقه‌بندي درزه‌ها

درزه‌ها را از نظرهاي گوناگون طبقه‌بندي مي‌کنند، که در زير به شرح آنها مي‌پردازيم :

- تقسيم بندي هندسي :

در اين تقسيم بندي درزه‌ها بر اساس وضعيت درزه نسبت به امتداد لايه‌بندي سنگهاي مجاور طبقه‌بندي مي‌شوند. در اين تقسيم بندي انواع درزه‌هاي زير را مي‌توان تشخيص داد:

درزه امتدادي : درزه امتدادي نوعي از درزه است که امتداد آن موازي يا تقريبا موازي امتداد لايه‌بندي طبقات اطراف است.

درزه‌ شيبي : درزه شيبي درزه‌اي است که امتداد آن موازي يا تقريبا موازي خط بزرگتري شيب سطح لايه‌بندي طبقات اطراف است.

درزه طبقه‌اي : اگر سطح درزه موازي سطح لايه‌بندي سنگها باشد درزه طبقه‌اي نام دارد.

درزه مايل : اگر امتداد درزه نسبت به امتداد يا خط بزرگترين شيب سطح لايه‌بندي سنگهاي اطراف بر حالت غير مشخص باشد، به اين نام خوانده مي شود.

- تقسيم بندي جغرافيايي درزه‌ها :

در بعضي موارد درزه‌ها را بر مبناي وضعيت امتداد درزه‌ نسبت به امتداد شمال تقسيم‌بندي مي‌کنند. مثلا اگر امتداد درزه شمالي جنوبي باشد، به نام درزه شمالي جنوبي و در حالتي که امتداد آن شمال غربي ـ جنوب شرقي باشد به همين نام خوانده مي شود.

- تقسيم‌بندي بر اساس وضعيت درزه‌ها نسبت به هم :

در اين تقسيم‌بندي وضعيت درزه‌ها نسبت به هم مورد مطالعه قرار مي‌گيرد و بر اساس آن مي‌توان انواع درزه‌هاي زير را تشخيص داد:

درزه‌هاي منظم : اگر درزه‌هاي يک منطقه با هم موازي يا تقريبا موازي باشند، به نام درزه‌هاي منظم خوانده مي‌شوند. معمولا امتداد مشترک اين درزه‌ها امتداد محور چين خوردگي اصلي ناحيه و يا امتداد گسلهاي اصلي مي‌باشد.

درزه‌هاي نامنظم : اين درزه‌ها وضعيت مشخصي ندارند و بطور نامنظم پراکنده‌اند.

- تقسيم‌بندي زايشي درزه‌ها :

بر اساس مکانيسم ايجاد و توسعه درزه در سنگها آنها را به انواع ، درزه‌هاي کششي ، درزه‌هاي برشي ، درزه‌هاي ستوني و درزه‌هاي رهايي و غير تفکيک مي‌کنند. همچنين درزه‌ها را بر اساس عوامل به وجود آورنده آنها به انواع ناشي از عملکرد فرآيند‌هاي تکتونيکي و انواع ناشي از عوامل غيرتکتونيکي تقسيم مي‌شوند.

سازوکار ايجاد درزه‌ها

عوامل به وجود آورنده درزه‌ها را بطور کلي به دو گروه عوامل تکتونيکي و عوامل غيرتکتونيکي تقسيم مي‌کنند:

عوامل تکتونيکي ايجاد درزه‌ها :

پس از اينکه سنگ تحت تاثير تنش قرار گرفت، ابتدا در آن تغيير شکل الاستيک ايجاد مي شود و پس از آن مي‌شکند (در حالت معمولي سنگهاي حالت شکننده دارند) ، ولي تحت فشارهاي محصور کننده و حرارت بالا ، بسياري از سنگها پس از مرحله الاستيک وارد مرحله تغيير شکل پلاستيک مي‌شوند و نهايتا در اين شرايط سنگ خواهد شکست. شکستگيهاي حاصله در سنگها را مي‌توان به دو دسته زير تقسيم کرد

»»  شکستگي‌هاي کششي :

اگر سنگي تحت تاثير کشش قرار گيرد، در امتداد عمود بر کشش ، شکستگيهايي در سنگها ايجاد مي شود. شواهد صحرايي براي تشخيص اين شکستگيها ، ديواره خشن است، ضمنا چون شکستگي تحت تاثير کشش ايجاد شده است، بين دو ديواره شکستگي ، يک باز شدگي ديده مي شود که گاهي اوقات ممکن است توسط رگه‌هاي معدني يا غيرمعدني پر شده باشد.

شکستگي‌هاي کششي ناشي از تنش‌هاي فشارشي :

 اگر يک بلوک سنگي تحت تاثير تنش‌هاي فشارشي قرار گيرد، دو سري شکستگي در سنگها ظاهر خواهد شد، به طوري که سطح اين دو سري درزه با هم زاويه 90 درجه تشکيل مي‌دهند. محل تلاقي اين دو صفحه موازي با امتداد تنش فشارشي است. اين شکستگي‌ها تحت عنوان شکستگي کششي شناخته شده است.

شکستگي‌ رهايي:

نوع ديگر از شکستگي‌هاي کششي که در اثر پي‌آمدهاي بعد از فشارش ايجاد مي شود، شکستگي رهايي است. اگر نمونه سنگي را به جاي اين که در هواي آزاد تحت فشار قرار گيرد، در يک محيط با فشار همه جانبه واقع شود و آنگاه بر آن فشار وارد آيد، پس از حذف نيروهاي فشارشي ، شکستگي‌هاي متعدد در جهت عمود بر امتداد نيروي فشارشي در جسم به وجود مي‌آيد. اين نوع از شکستگي کششي را رهايي مي‌نامند.

شکستگيهاي کششي در اثر نيروهاي کوپل :

اگر جسمي تحت تاثير نيروهاي کوپل قرار گيرد، مثل اين است که نيروهاي فشارشي و کششي بطور همزمان بر آن موثر بوده‌اند. پس بطور همزمان در جسم تغيير شکل‌هاي ميدانهاي کشش و فشارش ايجاد مي‌شوند.

»» شکستگي‌هاي ناشي از تنش‌هاي پيچشي :

علاوه بر کشش ، فشارش و کوپل عامل ديگري تحت عنوان پيچش مي‌تواند، شکستگي‌هاي را در سنگها ايجاد کند. وقتي يک جسم صفحه‌اي تحت تاثير پيچش قرار گيرد، تنش‌هاي حاصله در آن به صورت تنش‌هاي کشش ، فشارشي و برشي جلوه‌گر مي شود.

- فرآيند‌هاي غيرتکتونيکي ايجاد درزه‌ها :

عواملي مانند انقباض ناشي از سر شدن ، يا خشک شدن اجسام ، تنش‌هاي باقيمانده در توده‌ها ، حرکات سطحي زمين و اثر متقابل جنس‌ لايه‌ها در گسترش اين نوع درزه‌ها موثر مي‌باشند.

درزه‌هاي ستوني :  اين درزه‌ها نوعي از درزه‌هاي کششي هستند که بر اثر کاهش حجم در سنگها ايجاد مي‌شوند، اين نوع درزه‌ها معمولا در توده‌هاي آذرين بوجود مي‌آيند که در اثر آن گدازه به شکل منشورهايي ايجاد مي شود. امتداد این درزه ها در امتداد تنش بیشینه است.

درزه‌هاي ناشي از هوازدگي :   معمولا سنگها مستقيما و يا به طور غير مستقيم و از طريق سنگهاي اطراف تحت تاثير هوازدگي قرار مي‌گيرند. به علت حرکت جداگانه قطعات سنگها در ناحيه هوازده اغلب درزه‌هايي در آنها به وجود مي‌آيد.

ساخت ورقه‌اي يا برگواري :  پديده ورقه ورقه شدن به علت توسعه درزه‌هايي است که سنگ را به پوسته‌هايي که انحناي کمي داشته و تقريبا به موازات سطح توپوگرافي است، تقسيم مي‌کنند.

درزه‌ها در ارتباط با ساختمانهاي محلي و توپوگرافي :

اين درزه‌ها شامل موارد زير مي‌باشند:

- درزه‌ها در سنگهاي لايه‌اي يا سنگهايي که به نحوي حالت لايه‌اي دارد، عموما عمود بر لايه‌بندي قرار مي‌گيرند و فواصل آنها تابع نوع سنگ و ضخامت لايه است.فواصل درزه‌ها با ازدياد ضخامت لايه افزايش مي‌يابد.

درزه‌هاي ابتدايي تشکيل شده در سنگهاي آذرين ، عمود به سطح خارجي پيکره آذرين دروني است.

درزه‌هايي که در ارتباط با چين خوردگي هستند، متنوع و شامل درزه‌هاي طولي ، عرضي و مورب مي‌باشند.

- ارتباط درزه‌ها با پديده‌هاي ساختماني

- گسترش درزه‌ها در ارتباط با چين خوردگي: 

در بسياري از حالات درزه‌هاي متعددي در حوالي چين‌ها مشاهده مي‌شوند. اين درزه‌ها در اثر نيروهايي که لايه‌ها را چين داده‌اند، بوجود آمده‌اند. ذکر اين نکته لازم است که ممکن است درزه‌ها بعد از چين خوردگي نيز بر ساختار ناحيه اضافه شوند. پس مي‌توان آنها را به دو گروه ، درزه‌هاي همزمان با چين خوردگي و درزه‌هاي بعد از آن تقسيم نمود:

درزه‌هاي کششي :  بعضي از درزه‌هايي که در حوالي چين‌ها ديده مي‌شوند، بر محور چين عمودند. اين درزه‌ها را مي‌توان به عنوان درزه‌هاي کششي در نظر گرفت زيرا هنگامي که طبقات ، در امتداد عمود بر محور چين تحت فشارش قرار گرفته و چين‌ها را به وجود مي‌آورند، در امتداد محور چين تحت کشش واقع مي‌شوند، بنابراين در امتداد عمود بر محور چين ، درزه‌هايي به وجود مي‌آيد.

درزه‌هاي رهايي : درزه‌هاي رهايي ، درزه‌هايي هستند که به موازات سطح محوري چين‌ها به وجود مي‌آيند.

درزه‌هاي برشي :  معمولا دو دسته درزه که با هم زاويه 60 درجه تشکيل مي‌دهند، نيز در حول و حوش چين‌ها مشاهده مي‌شوند که مي‌توان آنها را به عنوان گستگي‌هاي برش تعبير کرد.

- گسترش درزه‌ها در ارتباط با گسل‌ها :

درزه‌هاي پرمانند :  درزه‌هاي پرمانند شکافهاي کششي مربتط با گسل خوردگي هستند. اين درزه‌ها ، در طرفين سطح گسل و طي زاويه حاده‌اي نسبت به آن تشکيل مي‌شوند. جهت زاويه حاده بيانگر جهت حرکت نسبي طبقات است.

درزه‌هاي برشي :  درزه‌هاي برشي متقاطع نيز مي‌توانند در ارتباط با گسل‌هايي باشند که به طور عرضي چين‌ها را قطع مي‌کند.

درزه‌هاي استيلوليتي:  انفصال سنگ که توسط دو سطح کم و بيش مسطح بوسيله قشر نازکي از رس ، ذغال سنگ ، کليست يا مواد ديگر پر شده باشد را استيلوليت يا درزه استيلوليتي گويند. اين درزه‌ها را سنگهاي آهکي بيشترين فراواني را دارند