بخشی از مقاله
تأثیر گسل پی سنگی بر روي پوشش هاي رسوبی با مقاومت مختلف
چکیده:
در این پژوهش با استفاده از جعبه مدل گل رس اثر حرکت امتداد لغز گسل پی سنگی بر روي گچ مرطوب و گل رس به عنوان پوشش رسوبی با مقاومت و شکل پذیري مختلف شبیه سازي شده است. ساختارهاي بوجود آمده در خلال این شبیه سازي با یکدیگر مقایسه گردید؛ تا نقش اختلاف مقاومت یا ویسکوزیته در توسعه ساختارها مشخص شود. بدین منظور از گچ مرطوب و گل رس با ضخامت و طول یکسان به عنوان پوشش رسوبی و جعبه مدل گل رس به عنوان گسل پی سنگی داراي حرکت امتداد لغز راستبر استفاده شده است. شواهد آزمایش دگرریختی گل رس عمدتاًرا بصورت شکستگی هاي بیشتر با فاصله داري کمتر و جابجایی کمتر خطوط عمود بر راستاي برش نشان می دهد؛ در حالی که گچ مرطوب دگر ریختی را با شکستگی هاي کمتر، فاصله داري بیشتر و جابجایی بیشتر خطوط عمود بر راستاي برش نشان می دهد. با انجام این آزمایش ها مشخص شد که گل رس مقاومت بیشتري نسبت به گچ مرطوب دارد؛ بنابراین گچ مرطوب می تواند بعنوان ماده شکل پذیر (Ductile) در مدل سازي فیزیکی مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژه ها: مدل هاي فیزیکی، مدل جعبه گل رس، گسل پی سنگ، اختلاف مقاومت، شکستگی هاي ریدل
مقدمه
از قرن 19 تاکنون مدل سازي فیزیکی در مقیاس آزمایشگاهی براي شبیه سازي محیط هاي مختلف تکتونیکی، حرکت انواع گسل ها و ساختارهاي بوجود آمده در محیط ها و تحت تنش هاي مختلف انجام شده است. بدین منظور از مواد مختلف براي شبیه سازي استفاده می گردد. ماسه، گچ (گچ ساختمانی یا پلاستر)، گل رس، سیلیکون از جمله مواد مورد استفاده می باشد. پودر گچ براي مدل سازي پوسته شکناي بالایی که حاوي سنگ هاي چسبنده مانند سنگ آهک و بازالت است مناسب می باشد؛ همچنین اندازه ریز دانه هاي آن
ساختارهایی را که در مقیاس کوچک تشکیل می شود به خوبی نشان می دهد. پودرگچ همچنین به خوبی رفتار برشی و تراکم را نشان می دهد و مقاومت کششی در آن قابل اندازه گیري است .(Gent, 2005)
براي دگرریختی شکنا در سنگ ها مواد غیر چسبنده و دانه اي مانند ماسه، شیشه و شکر مناسب اند؛ زیرا این مواد بر اساس نظریه شکستگی موهر- کلمب دگرریخت می شوند و در آنها با افزایش فشار محصور کننده مقاومت افزایش می یابد. مواد دانه اي ضریب اصطکاك قابل قیاس با سنگ ها را دارند که با توجه به چسبندگی ناچیز آنها را براي مدل سازي مناسب می کند(خدرزاده و بحرودي، .(1389
یکی از معایب مواد دانه اي این است که پهنه زون برشی در مواد دانه اي در مقایسه با پهنه برشی در طبیعت به نسبت بزرگ است و با افزایش اندازه دانه افزایش می یابد بنابراین براي شبیه سازي پهنه هاي برشی مواد با اندازه دانه کوچک تر مناسب تر است. (خدرزاده و بحرودي، .(1389
در نتیجه حرکت امتداد لغز گسل پی سنگ طبق قانون ریدل، شکستگی هاي ریدل با زاویه حدود20-15 ˊ درجه نسبت به گسل اصلی تشکیل می شوند. در ادامه شکستگی هاي آنتی ریدل، شکستگی p و p نیز شکل می گیرد(شکل .(1
شکل :1 تشکیل انواع شکستگی ها تحت اثر گسل اصلی. (Davis et al., 2011)
با برش امتداد لغز شکستگی ها به صورت پلکانی (en - echelon ) ایجاد می شوند؛ چنانچه تنش استمرار یابد با رشد و اتصال شکستگی ها با توجه به راست بر یا چپ بر بودن گسل اصلی و چپ خم((left - bend و یا راست خم (right - bend) بودن شکستگی ها نواحی برخاسته((push - up و یا فرو افتاده (pull-e-part)
تشکیل می شود .(Davis et al., 2011)
روش کار
در انجام این آزمایش از جعبه دگرشکلی مدل گل رس، گل رس وگچ مرطوب به عنوان پوشش رسوبی، دو قطعه فیبر براي شبیه سازي پی سنگ داراي حرکت امتداد لغز، مقیاس، خط کش، دوربین عکاسی، رنگ و ابزارهایی جهت ایجاد بیضوي هاي کرنش استفاده شده است.
با دو قطعه یک اندازه فیبر که به دستگاه دگرشکل مدل گل رس متصل است، حرکت امتداد لغز راستبر شبیه سازي می شود . گچ یا گل رس بر روي فیبر قرار می گیرد. همچنین از رنگ و ابزاري جهت ایجاد بیضی کرنش بر روي نمونه ها استفاده می گردد. با چرخاندن محور دستگاه دو قطعه نسبت به هم حرکت می کنند. در هر مرحله از تنش مقادیر مربوط به قطر بیضی کرنش و میزان جابجایی خطوط عمود بر راستاي برش اندازه گیري می شود؛ تا ساختارها و تفاوت هاي موجود بین دو نمونه بررسی و مقایسه گردد.
مراحل آزمایش
لایه اي از گل و گچ مرطوب به طول 55 cm و ضخامت 2 cm تهیه می گردد.
دو عدد تخته فیبر به دستگاه دگرشکلی گل رس متصل می شود، به طوري که با چرخاندن محور دستگاه جابجایی امتدادي راست بر بین دو قطعه صورت گیرد. به دلیل نوع حرکت، تنش به صورت غیر هم محور یا برش ساده به هر دو نمونه اعمال می شود. شکستگی هاي ریدل((R در هر دو نمونه شروع به تشکیل می-کنند. تعداد شکستگی ها در گل در مقایسه با گچ مرطوب زیاد و فاصله بین آنها کمتر است. در مرحله تنش %5 شکستگی ها در گل رس در بخش مرکزي تحت برش متمرکز است؛ در حالی که در گچ مرطوب شکستگی ها در کل ناحیه تحت برش توسعه یافته اند.
با افزایش جابجایی، شکستگی هاي پلکانی یا en - echelon توسعه می یابد، پایانه هاي شکستگی ها به هم متصل شده و شکستگی ها رشد می کنند.
دگرشکلی ، فقط در ناحیه تحت اثر تنش ناشی از حرکت قطعات فیبر متمرکز است؛ و نواحی دور از تنش بدون دگرشکلی است. به دلیل حرکت راستبر گسل و چپ پله((left - step بودن شکستگی ها نسبت به هم، نواحی برخاسته یا push - up توسعه می یابد.
در مرحله تنش %7 درگچ مرطوب تمام شکستگی هاي ریدل به هم می پیوندد و یک گسیختگی سطحی بوجود می آید؛ این مرحله، رشد یافتگی کامل گسل است؛ این در حالی است که در گل رس گسیختگی سطحی فرا نرسیده است.
با ادامه اعمال تنش، در مرحله تنش 8 %گسیختگی سطحی در گل رس ایجاد می شود.
داده هاي حاصل از آزمایش
ادامه دگرشکلی با کاهش زاویه یا زاویه برشی همراه است و با اعمال تنش بیضی تمایل به قرار گیري در جهت تنش بیشینه دارد؛ به طوري که قطري از بیضی که در راستاي 45درجه نسبت به برش (یا 90درجه نسبت به جهت تنش بیشینه) قرار دارد کشیده می گردد و در راستاي قرار می گیرد.
در گچ مرطوب به محض اعمال تنش تمام محدوده تحت اثر تنش در مرحله تنش 5 ٪ شروع به تشکیل شکستگی نمودند که این موضوع بیانگر خاصیت الاستیسیته اندك و خاصیت پلاستیک یا شکل پذیري بالاي گچ در مقابل تنش می باشد؛ در گل رس با اعمال تنش در 5٪ شکستگی در کل نمونه گسترش نیافته بلکه بیشتر در بخش مرکزي بو جود آمده است(شکل.(3
