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Vorlesung Allgemeine Geologie
SS 2005
Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr
Prof. Dr. E. Wallbrecher
Teil 17
Die Strukturgeologie umfaßt:
Deformation
Transport
von Lithosphärenteilen
Rotation
Der Bertachtungsbereich geht vom Kristallgitter bis zur
Lithosphärenplatte
Jedes Lithosphärenstück ist Kräften ausgesetzt, die
verschieben,
verdrehen,
deformieren.
Ursachen global (z.B. Plattenbewegung)
lokal (z.B. Bergstrurz)
Material reagiert mit
Deformation oder Bruch
Translation
Rotation
Deformation kann sein:
vorübergehend: elastische Deformation
permanent:
viskoses Fließen
plastische Deformation
Bruch
Gefüge (Kristallgitter bis Lithosphärenmaßstab)
Mylonit (Rodl-Störung)
Wissenbacher Schiefer, Harz
Kalkschiefer (Platania, Pilion)
Anti-Atlas, Marokko
Gefügeelemente
Gefügeelemente können sein: penetrativ
nicht penetrativ
Kräfte:
1)Körperkräfte (z.B. Gravitation)
2)Flächenkräfte (z.B. Spannung)
Kräfte und Spannungen


F  mb
Kraft:
Spannung:

 F

A
Deformationspfade
3 Ma
2 Ma
1 Ma
0 Ma
Deformationspfad
datierter
Deformationspfad
Indikatoren (marker) für finite Deformation
z.B. Fossilien
t0
t1
Undeformierter
Trilobit
Deformierter
Trilobit
z.B. SedimentStrukturen
Undeformierter Oolith
Deformierter Oolith
Gravitation und lithostatischer Druck
H
A
Gravitation:
F = m g;
g = 9.81 m/sec2
F = r V g; r = spez. Gewicht,
V= Volumen
F =r HAg
lithostatischer Druck:
lith = F/A = r g H
Flächenkräfte:
1) kompressiv
F
A
2) dehnend
F
A
Wenn keine Translation oder Rotation erfolgen soll:
FAB
A
FAB = - FBA
B
FBA
Zerlegung von Kräften:
F = Fn + Fs
F
Fn
Normalkraft
A
Fs
Scherkraft
Vorzeichen-Vereinbarung für Scherkräfte:
Positiv: Sinistral
Negativ: dextral
Zerlegung von Spannungen:
Spannungsvektoren können genauso wie Kraftvektoren
zerlegt werden:
   n + s

n
Normalspannung
A
s
Scherspannung
Für Vorzeichen gilt das gleiche wie für Kräfte
Spannungszustand in einem Punkt
Wir denken uns unendlich viele Flächen, die alle durch einen
Punkt P gehen. Auf jede Fläche wirkt ein Spannungsvektor.
2AB
B
1AB
A
A
B
Fläche 2
1BA
Spannungs-Ellipsoid
2BA
Fläche1
Das Spannungs-Ellipsoid
Hauptnormalspannungen
3
2
1
Die Spannungen in Richtung
der Achsen des Ellipsoides
werden als HauptnormalSpannungen (principal
stresses) bezeichnet. In
diesen Richtungen sind die
Scherspannungen null.
1 > 2 > 3
Umrechnungen
1 mbar = 102 Pa = 1 Hektopascal
1 bar = 105 Pa
1 kbar = 108 Pa = 100 Mpa
1 Mpa = 106 Pa = 10 bar
1 Gpa = 109 Pa = 10 kbar
Spannungsfelder und –trajektorien 1
1.) reine Gravitation ohne tektonische Spannungen:
yy
W
E
3
1km
Granit
zz
Koordinaten: x nach N
y nach E
z nach unten
rGranit
 zz  r  g  h
g
3 kg
 2.72 3  2.72 10 3
cm
m
kg  m  m
 2.72 10  9.81 1000 3
m sec 2
3
= 26.7 MPa
Nach Means, 1976
Spannungsfelder und –trajektorien 2
Spannungen in xx und yy:
Bei isotropem Material gilt: xx = yy:
Elastizität: Poissonsche Zahl (n)
 xx   yy 
Nach Means, 1976
n
1 n
nGranit = 0.25
r  g h
1
  26.7
3
 8.9MPa
Spannungen in einem Profil
10
20
30
MPa
Spannungsgradienten
xx
=yy
zz
1
zz = 1
km
Spannungstrajektorien
Ähnliche RotationsEllipsoide
Nach Means, 1976
xx = yy = 1
Tektonische Spannungen
W
yy
10
E
yy
3
1km
Granit
20
xx
=yy
10 MPa
30
MPa
isotrope
Lage
zz
zz
1
Spannungstrajektorien
km
1.) zz = 2; yy = 1; xx = 3
isotrope Lage
2.)isotrop: yy = zz = 1 2
3.) zz = 1; yy= 2; xx = 3
Nach Means, 1976
Beispiele für Spannungstrajektorien
Spannungstrajektorien
an einem kreisförmigen
Hohlraum
Umgezeichnet nach Means, 1976