Vrásy a Vrásnění
Ondrej Lexa
2010
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.
Vrásy různých velikostí
Kolísají od kilometrových, viditelných jen v mapě, přes metrové, centimetrové, milimetrové až po mikroskopické.
Vrásy různé orientace
vzpřímená vrása
ležatá vrása
šikmá (ukloněná) vrása
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.
Vrásy různých tvarů podobné ptygmatické zalomené
Antiklinály, synklinály, antiformy, synformy
A – antiklinála B – synformní antiklinála C – synklinála D – antiformní synklinála B, D – převrácené vrásy
Antiklinorium a synklinorium
Geometrická analýza vrás vrchol/kýl vrásy (zámek 1D – osa 2D) rameno vrásy inflexní bod hřbet/spodina vrásy
Vrásová osa (zámková linie)
A – přímková, B – zakřivená, C – zvlněná, D – složená z přímek orientace osy nestačí k popisu vrásy
Osní rovina spojuje zámkové linie pozor na hřbet a zámek !!!
A – rovinná, B – ohnutá, C – zvlněná, D – stopa v mapě a v profilu
Fleutyho diagram Sklon osní roviny
Sklon vrásové osy
vzpřímená
šikmá
ležatá
Konstrukce diagramů β a π osa β – průsečnice ploch dvou ramen pól π – kolmice na plochu procházející několika póly vrásněné plochy
Cylindrické a necylindrické vrásy
póly leží na velkém oblouku, jsou koplanární
póly leží přibližně na velkém oblouku
není definována vrásová osa
Konstrukce plochy, která půlí úhel mezi rameny vrásy.
Superpozice vrásnění
Superpozice několika vrásnění vede ke vzniku komplexních interferenčních vzorů
Superpozice I.
Superpozice II. Vrásové vzory popisují se na základě vzájemné orientace osních rovin a vrásových os.
Dómy a bazény Houby
Převrásněné vrásy
Interferenční vzory typu 1,2 a 3
Superp ozice vrásněn í
Superpozice III.
Klasifikace vrás
krokvicová
eliptická
špičatá
konjugovaná
kruhová
kapkovitá
Klasifikace podle meziramenního úhlu
mírně zakřivená otevřená sevřená
izoklinální
Vizuální klasifikace vrás podle tvaru zámku vrásy
Koncentrické/paralelní vrásy mají stálou mocnost vrásněné polohy
Podobné vrásy
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
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
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)
Třídy vrás
Izogony odrážejí charakter jednotlivých vrásněných poloh Třída 3 Třída 1B Třída 1A Třída 2
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
Pasivní (vrstva nemá mechanický význam)
Vynucené vrásy (forced folds) Střižné vrásy (shear folds)
Aktivní (vrásnění ohybem)
Ohybové vrásy
Buckling Bending
Vynucené vrásy
Vrásy, které jsou geometrickým projevem zlomové tektoniky
Vynucené vrásnění
PASSIVE
Příklad 1
Střižné vrásy (shear folds)
PASSIVE
Příklad 1
Ohybové vrásy (buckle folds)
ACTIVE !!
Elastický a viskózní model
Experiment
Časový vývoj ohybových vrás
Zkrácení před vrásněním Zahájení vrásnění Amplifikace vrás Post-vrásové zploštění
Zkrácení před vrásněním
Při malé rychlosti deformace, tok materiálu akomoduje zkrácení Vznik foliace Tlakové rozpouštění
Zahájení vrásnění
Vrásnění začíná v místech materiálových nestabilit způsobených rozdíly v materiálových vlastnostech vrstvy. Klíčové faktory:
Mocnost vrstvy Viskózní poměr vrstvy a média
Vlnová délka vs. mocnost S rostoucí mocností narůstá vlnová délka λ = t × const.
Vlnová délka vs. viskózní kontrast
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
Viskózní kontrast
18
16
14
Měřením délky oblouku (iniciální vlnové délky) můžeme zjistit viskózní kontrast: μ1/μ2 = 0.0242 (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
10
8
6
4
2 10
0
1
10 n 1 /n 2
10
2
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
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
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“
„Kontrolní vrstva“ se vrásní s dominantní vlnovou délkou, která ovlivňuje všechny vrstvy ve své deformační zóně
Amplifikace vrás
Po zahájení vrásnění dochází k rychlé amplifikaci
„Kontrolní vrstva“ se může v čase měnit
To může vést ke vzniku parazitických vrás
Pásy zalomení (kink bands)
V intensivně foliovaných horninách (výrazná anisotropie) dochází k vzniku pásů zalomení Zalamování je závislé na frikci mezi plochami anisotropie.
Pásy zalomení a chevron vrásy
K zalamování může docházet v různých měřítkách
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
Mechanizmus ohybu Ohyb s neutrálním povrchem
Extenze a komprese ve vrásách.
Mechanismus ohybového skluzu a ohybového toku
Mechanizmus jednoduchého skluzu
Model balíčku karet Vznik střižných vrás Sklonové izogony jsou paralelní – podobné vrásy
Zablokování vrás a post-vrásové zploštění
Vrásy amplifikují do momentu zablokování Pak dochází k zploštění (pasivní amplifikace).
Modifikace tvarů vrás
Paralelní/koncentrické vrásy se dále zplošťují Existují fyzikální limity maximálního zploštění Pokud vnitřní vrstvy můžou akomodovat zkrácení, vrásnění pokračuje
Post-vrásové zplostění Vrása ohybového skluzu
Ohyb s neutrálním povrchem
Jak vznikají vrásy třídy 3 ?
Určení kinematického modelu
Vývoj komplexní vrásové struktury
