strukturna geologijargn.hr/~bmatos/nids_bmatos/pmf-nastavni_materijali_i_obavijesti/07b-bore.pdf ·...

STRUKTURNA GEOLOGIJA

Strukturna geologijaB. Tomljenović1

BORE –morfološke značajke

i klasifikacija

Bruno Tomljenović

Bore (engl. folds)

su deformacijske strukture koje nastaju savijanjem, nabiranjem, ili boranjem planarnih strukturnih elemenata u stijenama i/ili stijenskim tijelima (npr.

stijenskim tijelima (npr. slojnih ploha, ploha folijacije, škriljavosti, klivaža, pločastih magmatskih tijela i sl.). Dakle bore nastaju pri duktilnoj, plastičnoj deformaciji stijena.

Strukturna geologijaB. Tomljenović

Bore u sedimentnim stijenama

DESKRIPTIVNA ANALIZA BORA

A. Osnovni geometrijski elementi bora

1. Točke (zone) maksimalne zakrivljenosti (engl. hinge points / zones): točke, odnosno zone u

kojima je zakrivljenost borane plohe najveća; omeđuju

kojima je zakrivljenost borane plohe najveća; omeđuju krila bore

2. Točke pregiba ili infleksije (engl. inflection points): točke u krilima bora u kojima je

zakrivljenost jednaka nuli

3. Linija maksimalne zakrivljenosti (engl. hinge line): čini je niz točaka maksimalne

zakrivljenosti na istoj plohi bore

4. Linija pregiba ili infleksije (engl. inflection line): čini je niz točaka pregiba na istoj plohi bore. Ova linija dijeli

boru u dva dijela ili dvije domene s različitim predznakom zakrivljenosti:

# negativnim - ukoliko se borana ploha zatvara prema gore, # pozitivnim - ukoliko se borana ploha zatvara prema dolje

# bora koja se zatvara prema gore = antiforma# bora koja se zatvara prema dolje = sinforma# bora koja se zatvara bočno = neutralna bora

5. Jezgra bore = središnji dio bore 6. Tjeme bore = točka na boranoj plohi antiforme s

najvećom vrijednosti nadmorske visine7. Dno bore = točka na boranoj plohi sinforme s

najnižom vrijednosti nadmorske visine

antiklinala = bora kod koje idući iz jezgre prema krilimanalazimo sve mlađe i mlađe stijene

sinklinala = bora kod koje idući iz krila prema jezgri nalazimo stratigrafski sve mlađe i mlađe stijene

antiklinala

antiformna sinklinala

sinformna antiklinala

Polegla antiklinala (A) i sinklinala (B). Strelice su orijentirane prema stratigrafskoj krovini.

B. Orijentacija bore u prostoru određuje se:

1. mjerenjem orijentacije osne plohe i osi bore

Osna ploha bore (engl. axial surface): zamišljena ploha u kojoj leže sve linije maksimalne zakrivljenosti i koja dijeli boru u dva dijela

A. Osna ravninaB. Zakrivljena osna plohaC. Nepravilna osna ploha

osna ploha

Trag osne plohe (engl. axial trace): presječnica osne plohe s bilo kojom drugom ravninom ili plohom (npr. površinom terena, profilom, presjekom ili zasjekom terena)

Trag osne plohe iskazuje se u profilu bore kao linija na kojoj leže sve točke maksimalnih

maksimalnih zakrivljenosti boranih ploha.Orijentacija osne plohe određuje se pružanjem, smjerom i kutom nagiba.

Os bore (engl. fold axis): u našoj se literaturi najčešće definira kao presječnica osne plohe i svake plohe promatrane bore – na taj način, os bore odgovara svakoj pojedinoj liniji maksimalne zakrivljenosti bore

Prema definiciji u anglo-američkoj literaturi, os bore imaju samo cilindrične bore (engl. cylindrical folds), odnosno bore čiji oblik definira pravac koji translacijom u prostoru

translacijom u prostoru opisuje zakrivljenu plohu.

Orijentacija osi bore određuje se smjerom i kutom nagiba (u slučaju nagnutih osi), odnosno pružanjem (u slučaju horizontalnih osi).

Iz navedenog, dakle slijedi, da će linije maksimalne zakrivljenosti ujedno biti i osi bora jedino u slučaju cilindičnih bora (slika A) ili približno cilindričnih bora (slika B). Ne-cilindrične bore nemaju definirane osi, već linije maksimalnih zakrivljenosti (slika C).

Orijentacija bore iskazuje se orijentacijom osne plohe i osi bore. Mjerenjem i/ili prikazivanjem orijentacije samo jednog od ovih geometrijskih elemenata, orijentacija bore nije u potpunosti definirana!

U slučaju cilindričnih ili približno-cilindričnih bora orijentacija osi (naročito kod bora km veličine) može se

odrediti i posredno konstrukcijom ß - ili П- dijagrama u stereografskoj projekciji.

ß – dijagram: grafička metoda za proračun orijentacije osi bore koja se temelji na sljedećem geometrijskom odnosu:

Sve plohe u cilindričnoj bori sadrže os bore, pa će prema tome i presječnica bilo koje dvije plohe (osim ako

presječnica bilo koje dvije plohe (osim ako nisu međusobno paralelne) biti paralelna s osi bore -ova se presječnica naziva ß - presječnica ili ß - os.

A. Prikaz orijentacije boranih ploha tragovima na stereogramu(uključujući i ploha klivaža osne plohe ukoliko je razvijen)

B. Sjecišta tragova predstavljaju polove ß - presječnica ili ß -osi čija je orijentacija paralelna orijentaciji osi bore F (b).

Način izrade:

U slučaju idealno cilindrične bore tragovi svih izmjerenih ploha sjeći će se u jednoj točki. Međutim, s obzirom da su bore ovako idealne geometrije u prirodi rijetke, na ß-dijagramu ćemo, u slučaju ako projeciramo više od dvije izmjerene plohe, imati i više ß - presječnica. U tom slučaju procijenimo srednju orijentaciju svih dobivenih ß–presječnica .

PAŽNJA:

Mogući broj ß - presječnica može se predvidjeti pomoću izraza: Nß = n (n-1)/2, pri čemu je

n broj projiciranih podataka mjerenja. Dakle, u slučaju da projiciramo 10 izmjerenih podataka, moguće je očekivati 45 polova ß - presječnica, što je u

slučaju “ručne” izrade ß-dijagrama nepraktično.

Stoga se u slučaju većeg broja izmjerenih podataka umjesto metode ß-dijagrama koristi metoda

П-dijagrama.

П – dijagram: Ova se grafička metoda temelji na slijedećem geometrijskom odnosu:

U slučaju idealno cilindrične bore, sve normale na borane plohe (također i normale na plohe klivaža osne plohe) upravo su okomite na os bore. Stoga slijedi, da će polovi normala ovih ploha (tj. П -polovi) ležati na tragu ravnine koja je također okomita na os bore.

Ova se ravnina naziva

Ova se ravnina naziva П -krug, a tražena os bore bit će normala П -kruga.

A. Prikaz orijentacije boranih ploha (eventualno i ploha klivaža osne plohe) pomoću polova normala

B. Iscrtavanje traga ravnine u kojem leže svi projicirani polovi normala, odnosno iscrtavanje traga ravnine П –kruga: da bismo iscrtali ovaj trag, potrebno je oleatu

Način izrade П – dijagrama:

kruga: da bismo iscrtali ovaj trag, potrebno je oleatu rotirati oko središta tako da projicirane polove normala dovedemo na zajednički trag velikog kruga na ekvatorijalnoj mreži. Ovaj trag odgovara tragu П -kruga čija je normala tražena os bore (vidi na prethodnoj slici).

Kada na dijagramu projiciramo više desetaka polova normala ploha bore (moguće i ploha klivaža osne plohe), najčešće neće biti moguće da sve projicirane polove dovedemo na jedan, zajednički trag П -

PAŽNJA:

na jedan, zajednički trag П -kruga. U slučaju malog broja projiciranih podataka (do desetak), odabire se onaj trag na mreži za koji procijenimo da leži u sredini većine projiciranih polova normala.

U slučaju velikog broja projiciranih podataka, potrebno je točkasti dijagram prevesti ukonturni dijagram, pa nakon toga tražiti trag П -kruga, tako da na

nakon toga tražiti trag П -kruga, tako da na njemu leže polja s najvećom gustoćom polova po jedinici površine dijagrama.

Također, u slučaju velikog broja projiciranih podataka, moguće je provesti i procjenu cilindričnosti analizirane bore, tako da se s jedne i druge strane, oko traga П -kruga, iscrtaju paraleni tragovi na razmaku od 10° i 20°.

U slučaju da se više od 90% projiciranih polova nalazi između tragova na razmaku od 10° oko traga П -kruga, boru ćemo smatrati cilindričnom.

Ukoliko se pak više od 90% projiciranih polova nalazi između

Ukoliko se pak više od 90% projiciranih polova nalazi između tragova na razmaku od 20° oko traga П -kruga, boru ćemo smatrati približno-cilindričnom (engl. sub-cylindrical folds).

I konačno, ukoliko je između tragova na razmaku od 20° oko traga П -kruga manje od 90% projiciranih polova, boru ćemo smatrati ne-cilindričnom, a time će i proračunata vrijednost orijentacije osi bore biti upitna.

Približno-cilindrična bora

C. Klasifikacija bora

1. Prema nagibu osne plohe:uspravne, kose, prebačene, polegle i utonule bore

1. uspravna, 2. kosa, 3. prebačena, 4. polegla, 5. utonula

2. Podjela bora prema nagibu osne plohe i nagibu osi

(Fleuty, 1964)

Primjeri:

Veličina boraIskazuje se visinom (V) ili amplitudom (A) bore, te širinom (Š) ili ½ valne duljine bore (mm, cm, m, km).

Središnja ploha (engl. median line) - ploha u kojoj leže linije pregiba jedne borane plohe

Visina bore (V) - razmak između točke na polovini traga središnje plohe i točke maksimalne zakrivljenosti bore

Širina bore (Š) - razmak između točaka pregiba mjeren po tragu središnje plohe

Simetrija boreKod simetričnih bora (slika A) vrijedi da je pravac koji prolazi kroz točku na polovici traga središnje plohe i točku maksimalne zakrivljenosti, okomit na trag središnje plohe. U protivnom, bore su asimetrične(slika B).

Zatvorenost boreIzražava se veličinom međukrilnog kuta bore, kuta što ga zatvaraju krila bore ili tangente na krila bore projicirane kroz točke pregiba.

blage bore (gentle folds) 180° > α > 120°otvorene bore (open f.) 120° > α > 70°zatvorene bore (close f.) 70° > α > 30°

Prema veličini međukrilnog kuta razlikuju se:

70° > α > 30°zbijene bore (tight f.) 30° > α > 0°izoklinalne bore (isoclinal f.) α = 0°lepezaste bore (fan f.) α je s negativnim predznakom

Zbijena do izoklinalna bora

Vrste bora prema oblikuŠevron bore ili cik-cak bore (engl. chevron, zig-zag, accordion f.): simetrične bore koje, gledajući u profilu, čine pravocrtna, ravna krila pribižno jednake duljine koja se sastaju u točkama maksimalne zakrivljenosti.

Ševron bora

Ševron bore

Koljenaste bore (engl. kink folds): asimetrične bore ravnih krila, nejednake duljine (najčešće između dva duga i ravna, dolazi jedno kraće i strmije nagnuto krilo)

Koljenasta bora u slejtu (Mikulić potok, Medvednica)

Koljenasta bora

Sandučaste bore (engl. box f.): bore približno ravnih krila koje obilježava konjugirani par osnih ploha koje konvergiraju u smjeru jezgre bore.

Sandučasta bora prema jezgri bore prelazi u ševronsku boru.

Srpaste bore (engl. cuspate f.): bore koje u profilu pokazuju zakrivljena krila koja se naizmjenično sastaju u točkama i zonama maksimalne zakrivljenosti

Srpaste bore

Vizualna klasifikacijska shema (Hudleston, 1973)

Oblik bore određuje se usporedbom s 30 bora idealizirana oblika, razvrstanih prema obliku u 6 kategorija (A-F), unutar kojih se razlikuje 5 vrsta

razlikuje 5 vrsta bora s obzirom na omjer njihove visine i širine.

Podjela bora prema “promjeni debljine po profilu boranog sloja”

(engl. Layer thickness variation, Ramsay, 1967)

Radi se o grafičkoj metodi kojom se putem analize promjene debljine boranog “sloja”, kao funkcije promjene kuta nagiba “sloja”, određuje oblik bore. Analiza obuhvaća slijedeće postupke:

1. Prikaz bore u profiluokomitom na liniju

okomitom na linijumaksimalnezakrivljenosti, odnosnoos bore.

2. Odredbu točaka maksimalne zakrivljenosti (hA, hB) itočaka pregiba (iA, iB) na susjednim plohama A i Bodabranog boranog “sloja”

3. Konstrukciju traga osneplohe, te crte izmeđutočaka pregiba (i , i ),

plohe, te crte izmeđutočaka pregiba (iA, iB),čime se bora razdjeliu krila koja sezasebno analiziraju.

3. Pri analizi odabranog krila bore, trag osne plohepostavi se u vertikalu.

4. Potom se izmjeri razmak između ploha A i B duž traga osne plohe. Time je određena referentna debljina u zonimaksimalne zakrivljenostibore (t0). Ujedno, ova debljina odgovara razmaku između tangenti na borane plohe A i B, pri čemu je nagib tangenti

čemu je nagib tangenti α = 0°.

t0 = 25 mm

5. Nakon toga iscrtamo tangente na borane plohe pod većim kutom nagiba (α), obično u intervalima po 10, 15 ili 20°, pa se za svaki set konstruiranih tangenti izmjeri njihov

tangenti izmjeri njihov vertikalni razmak (tα).

t30 = 22 mm

vertikalni razmak između tangenti pod kutom od 30°

vertikalni razmak

t45 = 18 mm

vertikalni razmak

t60 = 13 mm

6. Iz izmjerenih vrijednosti tα (t0, t10, t20, t30, ...)izračunaju se vrijednosti relativne debljine t’αprema izrazu t’α = tα / t0

t0 = 25 mm α tα t’α = tα / t0

Za prikazani primjer:

t0 = 25 mm α tα t’α = tα / t030° 22 mm 0,8845° 18 mm 0,7260° 13 mm 0,52

7. Izračunate vrijednosti relativne debljine t’αprojiciraju se na dijagramu t’α /α, na kojem su prikazana polja s odgovarajućim tipovima bora

Analizirano krilo bore odgovarabori tipa 2, odnosno

odnosno sukladnoj bori.

Tip 1B ili paralelne bore

(engl. Parallel folds):bore kod kojih je

debljina po cijelom profilu stalna, pa za

njih vrijedi da je

tα = t0 za sve vrijednosti kuta α,

odnosnot’α = 1

Tip 2 ili sukladne bore(engl. Similar folds):

bore kod kojih je razmak između tangenti na borane

plohe stalan, ali mjereći paralelno tragu osne plohe, pa za ovaj tip bora vrijedi

pa za ovaj tip bora vrijedi da je:

Tα = t0za sve vrijednosti kuta α,

…a iz trigonometrijskog odnosa proizlazi da je

tα = Tα cos α, a budući da je

Tα = t0 vrijedi da je

tα = t0 cos α, odnosno

tα = t0 cos α, odnosnot’α = t0 cos α /t0,

pa dalje vrijedi da je

t’α = cos α

Krivulja “cos α” na dijagramu definira

bore tipa 2, odnosno

sukladne bore. Za ovaj tip bora također važi da u

t’α = cos αtakođer važi da u profilu pokazuju

stalnu debljinu, ali mjereno paralelno tragu osne plohe

Prema tome razlikuju se:

Bore tipa 1A: pokazuju

zadebljanje u krilima i

stanjenje u

stanjenje u zoni

maksimalne zakrivljenosti

Bore tipa 1B:pokazuju

stalnu debljinu mjerenu

okomito na plohe. Također

plohe. Također poznate su i pod nazivom

paralelne bore

Bore tipa 1C:pokazuju slabo

izraženo zadebljanje u

zoni maksimalne

zakrivljenosti u odnosu na

Bore tipa 2: pokazuju

stalnu debljinu mjerenu

mjerenu paralelno tragu

osne plohe=

sukladne bore

Bore tipa 3: pokazuju izrazito

zadebljanje u zoni

maksimalne zakrivljenosti i

stanjenje u krilima

Podjela bora prema “orijentaciji izogona”

(Ramsay, 1967)

Temelji se na grafičkoj metodi konstrukcije izogona - linija koje povezuju točke na susjednim boranim plohama s jednakim kutovima nagiba.

U odnosu na prethodno opisanu, ova je metoda jednostavnija i brže se izvodi, jer ne zahtijeva posebnu grafičku pripremu na profilu bore (opisani postupci 1-4), precizno mjerenje razmaka između tangenti, računanje vrijednosti relativne debljine t’α , kao ni izradu dijagrama t’α /α .

Provodi se kroz sljedeće postupke:

1. Iscrtavanje traga odabrane referentne ravnine na profilukoji prikazuje jednu ili nekoliko povezanih bora. Kaoreferentna ravnina obično se uzima horizontalnaravnina premda to nije nužno.

2. Iscrtavanje tangenti koje s tragom referentne ravnine čine kut α. Točke dodiratangenti i boranih ploha,ujedno su i točke s istim

ujedno su i točke s istimkutom nagiba susjednihboranih ploha. Ove točkeodređuju pravac, odnosnoizogonu kuta nagiba α.

3. Nakon konstrukcije izogona, promatra se njihova međusobna orijentacija i to tako da se ide po njihovu tragu, od vanjske prema unutarnjoj plohi boranog “sloja”. Time je moguće

“sloja”. Time je moguće razlikovati izogone s međusobno paralelnom, konvergentnom ili divergentnom orijentacijom.

Konvergentne izogone - ukazuju da je zakrivljenost unutarnje borane plohe veća od zakrivljenosti vanjske plohe

Paralelne izogone - ukazuju da je zakrivljenosti unutarnje plohe jednaka zakrivljenosti vanjske plohe

Divergentne izogone - ukazuju da je zakrivljenosti unutarnje plohe manja od zakrivljenosti vanjske plohe

Red bora (engl. order of folds)

Prilikom boranja sekvencija izgrađenih od “slojeva” različite debljine i kompetentnosti, često nastaju bore

različite veličine, pri čemu često vrijedi da veće, kilometarske ili hektometaske bore u sebi uključuju manje metarske, centimetarske ili milimetarske bore

manje metarske, centimetarske ili milimetarske bore iste generacije.

Na taj način, moguće je razlikovati i svrstati bore iste generacije u različite redove s obzirom na njihovu

veličinu.

Pri tom vrijedi da najveće bore odgovarajuće generacije odgovaraju borama I. reda, dok se sukcesivno sve manje i manje bore označavaju nekim višim redom: bore II., III. reda itd.

Bore višeg reda, odnosno manje bore razvijene u krilima ili zonama

krilima ili zonama maksimalne zakrivljenosti bora nižeg reda, nazivaju se parazitskim borama.

Parazitske bore u zoni maksimalne zakrivljenosti i u krilima veće bore. Uočava se razlika u geometriji i simetriji

simetriji parazitskih bora s obzirom na njihov položaj u većoj bori.

Na temelju simetrije - asimetrije manjih, parazitskih bora moguće je rekonstruirati smjer zatvaranja većih bora (tj. bora nižeg reda), odnosno moguće je prepoznati strukturnu poziciju parazitskih bora u okviru veće bore.

Asimetričneparazitske bore

parazitske bore S-tipa u normalnom krilu bore nižeg reda

Simetričneparazitske bore M-tipa u zoni

M-tipa u zoni maksimalne zakrivljenosti bore nižeg reda

Asimetričneparazitske bore

parazitske bore Z-tipa u prebačenom krilu bore nižeg reda

Geneza parazitskih bora

Višekratno boranje (engl. superposed folding)

U stijenama koje su deformirane tijekom nekoliko deformacijskih događaja ili faza (npr. višekratno

deformirane metamorfne stijene), često nalazimo ranije stvorene bore koje su naknadno borane za vrijeme

stvaranja mlađih bora.

stvaranja mlađih bora. Na taj način u istim stijenama je moguće pronaći bore

različitih generacija, različite starosti, različite geometrije, veličine, i orijentacije

Da bismo označili različite generacije bora i njihove strukturne elemente u stijenama koje istražujemo na nekom

području, uobičajeno označavamo na ovaj način:

F2 F2S0 = slojevitost

S1 (AP1) = osne plohebora starije

generacije

S2 (AP2) = osne plohebora mlađegeneracije

Osi bora starije (F1) i mlađe generacije (F2)

Prepoznavanje više generacija bora provodi se pomoću jednostavne geometrijske analize njihovih strukturnih

elemenata, pri čemu općenito vrijedi da:

1. Bore najmlađe generacije pokazuju u pravilu ravne osne plohe čiji su tragovi

plohe čiji su tragovi pravci

d - označava dajkmlađi u odnosu na prikazane bore

2. Osne plohe bora starije(ih) generacije(a) također su borane su za vrijeme stvaranja mlađih bora pa su im

tragovi osnih ploha zakrivljenid

d - označava dajk koji je

mlađi u odnosu na D1 bore, a

na D1 bore, a koji je boran za

vrijeme stvaranja D2

Višekratno boranje u gornjokrednim siltstonima na

Medvednici: prethodno stvorene slamp bore naknadno

stvorene slamp bore naknadno su borane zbijenim borama.

Zeleni trag označava osnu plohu bore koja je naknadno borana kad su u istoj stijeni nastale mlađe bore čiji su

nastale mlađe bore čiji su tragovi osnih ploha

pravocrtni (crveni tragovi).

Uz planarne strukturne elemente, često su borani i linearni strukturni elementi (npr. osi ranije nastalih bora, različiti tipovi

lineacija i sl. - vidi npr. borani dajk na sl. 93, 94).

Linearni strukturni element (lineacijapresjeka –

presjeka –žuti trag)

boran je oko osi mlađih

bora (crveni trag).

3D geometrija i najčešći,

karakteristični tipovi višekratnog boranja

(engl. foldinterference

interferencepatterns)

iz Ramsay & Huber(1987)

3D geometrija i najčešći,

karakteristični tipovi višekratnog boranja

prema Ramsay & Huber (1987)

Huber (1987)

3D geometrija i karakteristični tipovi višekratnog boranja (iz Twiss & Moores,

a2 označava smjer

a2 označava smjer smicanja tijekom

boranja 2. generacije bora

Type 1 interference fold pattern =dome and basin interference pattern

(vidi odnos 1. i 2. generacije bora na prethodne tri slike)

Type 2 interference fold pattern =arrowhead- or mushroom shaped interference pattern(vidi odnos 1. i 2. generacije bora na sl. 100, 101 i 102)

Type 3 interference fold pattern =wavy outcrop interference pattern

(vidi odnos 1. i 2. generacije bora na sl. 100, 101 i 102)

IZVORI SLIKA I CRTEŽA:

Allmendinger, R.W. (1999): Introduction to Structural Geology.- CornellUniversity, 279 str.

Davis, G.H. & Reynolds, S.J. (1996): Structural Geology of Rocsk and Regions.-John Wiley & Sons, Inc., New York, 776 str.

Ramsay, J.G. & Huber, M.I. (1987): The Techniques of Modern StructuralGeology, Vol.

1: Strain Analysis.- Academic Press, Inc., London, 307 str. Tomljenović, B. (2002): Strukturne značajke Medvednice i Samoborskog gorja.-

Doktorska disertacija, RGN fakultet Sveuč. Zagreb, 207 str.Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992): Structural geology.- W.H. Freeman and Co., New

Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992): Structural geology.- W.H. Freeman and Co., NewYork, 532 str.

SRETNO !

strukturna geologijargn.hr/~bmatos/nids_bmatos/pmf-nastavni_materijali_i_obavijesti/07b-bore.pdf ·...

Documents

05- mehanika stijena u strukturnoj...

strukturna geologijargn.hr/~bruntom/nids_bruntom/pdf...

no slide...

inženjerska...

strukturna geologija - rudarsko-geološko-naftni...

01- uvod - deformacijske strukture -...

strukturna...

02- koncept moderne strukturne analize -...

strukturna geologijargn.hr/~bruntom/nids_bruntom/pdf...

strukturna geologija - rudarsko-geološko-naftni...