بر اثر عملکرد متقابل مواد تشکیل دهنده ی پوسته ی زمین با فرآیندهای تغییر شکل دهنده ی بیرونی و درونی، اشکال و ساختمان های متنوعی به وجود می آیند.
ساخت های زمین شناسی در هر سه گروه اصلی سنگهای آذرین، دگرگونی و رسوبی و حتی در مواد منفصلی مانند خاک به وجود می آید. البته ساخت هایی که در سنگهای رسوبی و لایه لایه ایجاد می شود از تنوع بیشتری برخور دارند و برای شناسایی روابط زمین شناسی حاکم بر طبیعت بیش از بقیه مورد استفاده قرار می گیرند.
ساخت های متنوع موجود در سنگها را می توان به دو گروه عمده ی ساخت های اولیه که همزمان با تشکیل سنگ ایجاد شده اند و ساخت های ثانوی که نتیجه تغییرات بعدی به روی سنگ اند، تقسیم کرد. ساخت های اولیه ممکن است در هر سنگی به وجود آید. لایه بندی و انواع اشکال موجود در سطح و داخل لایه ها از ساخت های اولیه ی رسوبی اند. ساخت های ثانوی اغلب بر اثر نیروهایی که پس از تشکیل سنگ بر آن وارد شده اند، ایجاد می شوند. مجموعه فرآیندهایی که باعث تغییر شکل فیزیکی ثانوی سنگها و ایجاد ساخت های مختلف در آنها می شوند، به فرآیندهای ساختاری (فرآیندهای ساختمانی) مرسوم اند. علمی که ساخت های حاصل از تغییرشکل سنگها را در رابطه با فرآیندهای ایجاد کننده آنها بررسی میکند، زمین ساخت (تکتونیک) نام دارد.
فشار و دما، که از عوامل اصلی دگرگونی سنگ ها هستند، در فرآیندهای ساختاری نیز اهمیت اساسی دارند. سرعت انجام واکنش ها، سومین عامل موثر در فرآیندهای ساختاری است. بنابراین، در فرآیندهای ساختاری همواره اثر سه گانه فشار، دما و زمان بررسی می شود. چون نحوه ی اثر این عوامل عموماً به طور مستقیم در طبیعت قابل مشاهده نیست، آنها را در آزمایشگاه و توسط مدل هایی، که کم و بیش مشابه با حالات طبیعی اند، بررسی می کنیم.
تمام مواد طبیعی سازنده ی پوسته زمین قابلیت تغییر شکل دارند. ساده ترین تغییرشکل بر اثر وزن مواد فوقانی ایجاد می شود. وقتی رسوبات روی هم انباشته می شوند حجم مواد واقع در قسمت های زیرین، بر اثر وزن مواد فوقانی، کم می شود. اما اینگونه تغییرشکل، چون منحصر به کاهش حجم است، کمتر مورد توجه است، البته در مواردی هم وجود دارد که تاثیر وزن مواد فوقانی اهمیت داشته باشد که می توان به حرکت جریانی مواد نمکی در لایه های زیرین اشاره نمود. در زمین شناسی ساختاری (زمین شناسی ساختمانی) عموماً به تغییرشکل هایی توجه می شود که بر اثر نیروهای جهت دار به وجود می آیند. نیروهای جهت دار عمدتاً بر اثر حرکات افقی ورقه های سنگ کره و فشارهای ناشی از برخورد آنها به یکدیگر، ایجاد می شود. نیروهای وارده بر سنگ، تغییرشکل آن را به همراه دارد. تغییرشکل سنگها عمدتاً به دو صورت خمیری و شکننده است. حاصل شکل خمیری خم شدن لایه ها و چین خوردگی است. بر اثر تغییرشکل شکننده درزها و گسلها ایجاد می شود که این ساخت های زمینشناسی به صورت های متفاوتی از قبیل تحلیل توصیفی، تحلیل جنبشی، تحلیل کرنشی، تحلیل دینامیکی، تحلیل سازوکار تغییرشکل و تحلیل تکتونیک جهانی طبقه بندی و مطالعه می شوند.
برای اغلب تحلیل های ساختاری باید مقیاس مشاهدات را مشخص نمود. به عنوان مثال یک لایه ماسه سنگی، که در یک رخنمون ممکن است هیچگونه تغییرشکلی را نشان ندهد، می تواند بخشی از یک چین باشد. تغییرشکل سنگها در سطوح مختلف و در مقیاس اتمی، مقیاس دانه ها و بلورها، مقیاس نمونه دستی، مقیاس یک رخنمون، مقیاس رشته کوه ها و بالاخره مقیاس ورقه های بزرگ سنگ کره می باشد. ساختاری که در یک مقیاس مشاهده میشود اغلب حاصل فرآیندهایی است که در مقیاس های دیگر عمل کرده اند. از این روست که برای درک تغییرشکل های بزرگ و قاره ای باید کوه ها بشناسیم. برای شناسایی کوه ها نیز باید چین خوردگی و گسلش را بفهمیم و بالاخره درک چین خوردگی و گسلش مستلزم آگاهی مکانیزم های تغییرشکل های ترد و شکل پذیر در سطح بلورها، دانه ها و مقیاس اتمی است (با اقتباس بخشی از کتاب معماریان، ۱۳۸۸).
تکتونیک تجربی
در شرایطی که دستیابی به شواهد طبیعی مربوط به عوامل موثر بر ایجاد و پیشرفت دگرشکلی در اعماق پوسته زمین به لحاظ زمانی و مکانی امکانپذیر نیست، نقش شواهد آزمایشگاهی در رفع ابهامات موجود از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. شواهد صحرایی در مقیاس های مختلف ساختاری همانند مطالعات مغناطیس دیرین و ژئوکورنولوژی کیفیت بالا در سنگ های مرتبط با دگرریختی، متاسفانه فقط داده های مربوط به محصول نهایی فرایند دگرریختی را در اختیار می گذارند و فرصتی برای بررسی نقطه شروع و یا مراحل میانی از دگرریختی را فراهم نمی کنند (Fossen, 2010). علاوه بر این حتی هندسه نهایی و شواهد جنبش نهایی صورت گرفته گاه توسط فرسایش یا تدفین شدن، از بین می رود.
در چنین شرایطی برای شناخت تاریخچه ی دگرریختی می توان از مدلسازی آزمایشگاهی بهره برد. تهیه نقشه زمین شناسی و ارائه شواهد و داده های ساختاری صحرایی، مدل سازی تجربی و مدل سازی عددی به عنوان سه روش رایج برای بررسی دگرریختی برشمرده شده است (Foseen et al, 1994).
تکتونیک تجربی شاخه ای است که در آن سعی می شود شرایط طبیعت با دقت بالایی بازسازی شود و در مرحله بعد با اعمال نیرو وضعیت ساختارهای تشکیل شده تحلیل، و با داده های طبیعی مقایسه گردد تا بدین وسیله نتایج سودمندی حاصل شود.
دستگاه های موجود در آزمایشگاه تکتونیک تجربی دانشکده علوم زمین دانشگاه دامغان
شکل ۱: دستگاه های آزمایشگاه الف) دستگاه شبیه ساز تراکمی– فشارشی اتوماتیک ب) دستگاه شبیه ساز تراکمی– فشارشی دستی ج) دستگاه شبیه ساز حرکت برشی.
- دستگاه شبیه ساز تراکمی – فشارشی دستی
این دستگاه برای شبیه سازی تنش های فشارشی و کششی در طبیعت مورد استفاده قرار می گیرد از بخش های ذیل تشکیل شده است (شکل۱):
*فک های اصلی: دستگاه دارای دو فک است که هر دوی آنها می توانند متحرک باشند، در دستگاه اهرمی تعبیه شده است که این امکان را به کار می دهد تا بتواند یکی از فک ها را ثابت و فقط یکی از فک ها حرکت کند. دستگاه چنان طراحی شده است که با هر یک دور چرخش دستگیره، هر کدام از فک ها به میزان نیم میلیمتر جابجا می شوند و تعداد دورها نیز توسط کنتور تعبیه شده ثبت می گردد.
*پایه ها: دستگاه بر روی این پایه ها قرار گرفته است.
*فک های کمکی: می توان فک های اصلی دستگاه را به فک های کمکی مجهز نمود تا بدین طریق در جهت نیروی اعمال شده تغییر ایجاد کرد.
*نمایانگر شیب دستگاه: برای تعیین شیب دستگاه از آن استفاده می شود.
*دستگیره چرخاننده: برای واردکردن نیرو به فک ها می باشد.
*شمارشگر: جهت شمارش تعداد دورهای دستگیره چرخاننده می باشد.
شکل ۲: قسمت های مختلف دستگاه کششی – فشارشی دستی
۲- دستگاه شبیه ساز تراکمی– فشارشی اتوماتیک:
دستگاه شبیه ساز تراکمی– فشارشی اتوماتیک برای شبیه سازی تنش های فشارشی و کششی در طبیعت با ابعاد بزرگتر، زمان ودقت بیشتر از نمونه دستی مورد استفاده قرار می گیرد.
شکل ۳: قسمت های مختلف دستگاه کششی – فشارشی اتوماتیک
۳- دستگاه شبیه ساز برش امتدادلغز
*بخش های این دستگاه نیز مانند دستگاه شبیه ساز تراکمی-فشارشی تعبیه شده است با این تفاوت که بلوک های اصلی نشان داده شده در شکل (۳) انواع اشکال متفاوت دارند و متناسب با هدف آزمایش بر روی بلوک زیرین قرار می گیرند و بلوک های زیرین و بلوک های اصلی باهم حرکت می کنند و شیب در این دستگاه ثابت می باشد.
شکل (۴): نمای کلی از دستگاه شبیه ساز برش امتدادلغز
نشانگرها
برای بررسی ساختارهای بوجود آمده در سطح از نشانگرهای دایره ای و در مقطع عرضی از لایه های رنگی ماسه و یا گچ سفید به عنوان نشانگر استفاده می شود (شکل۵).
شکل ۵: نشانگرهای استفاده شده در آزمایشات. الف) نشانگرهای دایره ای، ب) نشانگرهای عرضی
تحلیل جنبشی ساختارها در آزمایشگاه
به طور کلی انواع حرکات و جابجایی هایی که در طبیعت نهایتاً منجر به تشکیل ساختار می گردد شامل سه تنش اصلی فشارشی، کششی و امتدادلغز و ترکیب این تنش ها که حالت های متنوعی از تنش را ایجاد می کند می باشد. تصاویری که در اشکال ۴ و ۵ این نوشتار به نمایش گذاشته شده مربوط به بخش آموزشی و پژوهشی (پایان نامه های دانشجویان ارشد دانشگاه دامغان) می باشد.
تصاویر زیر شماتیکی از انواع تنش های اصلی و تصاویری از آزمایشات شبیه سازی شده این تنش ها و مقایسه آن با ساختارهای تشکیل شده در طبیعت را نشان می دهد.
در زیر تصاویری از سطح توپوگرافی و جریان ماده جریانی در ساختارهای شکل گرفته در تنش های فشارشی و ترافشارشی اعمال شده به نمونه در آزمایشگاه را نشان می دهد.
رفرنس
- معماریان، حسین (۱۳۸۸). زمین شناسی ساختاری. تهران : دانشگاه تهران.
Fossen, H., Tikoff, T. B. and Teyssier, C. T. (1994), “Strain modeling of transpressional and transtensional deformation“. Norsk Geologisk 74: 134-145.
Fossen, Haakon. (2010). Structural Geology. Cambridge, New york : in the united states of America by Cambridge university press.