3. Salzdiapir - Ged.rwth-aachen.de

Christoph Hilgers, Janos L. Urai
Strukturgeologie II, vs.01
3. Salzdiapir
Salz hat in der Regel einer wesentlich geringere Dichte als das Nebengestein (Salz: 2.163
g/cm3, Quarz 2.66 g/cm3). Wegen des Dichteunterschiedes und des Kristallgitters (Ausbildung
von Gleitflächen, hervorgerufen durch einen geringen Versatz der Na+ gegenüber
den Cl- Ionen) steigt das Salz empor und bildet verschiedene Strukturen aus, wie z.B.
Salzdiapire.
Aufgabe
Berechne, unter welchen Bedingungen der in Abbildung 3-1 skizzierte Block emporgehoben
wird, ie. unter welchen Bedingungen der Diapir die Sedimentdecke durchstößt. Nimm
an, dass die principal stresses horizontal bzw. vertikal orientiert sind. In dem skizzierten
System gibt es einen aufwärts gerichteteten Druck des Salzes mit einer geringeren Dichte
als das Nebengestein. Entgegen wirkt die Reibungskraft.
h
k
P
R
(F/2) downw.
h
(F/2) downw.
=kπRh
y
x
F upw.
=P(πR 2 )
Abb. 3.1. Beispiele einer überfalteten Faltung, erzeugt in Adobe Photoshop. Eine erste Faltung (links)
wurde mit verschiedenen Winkeln (0-90°) rotiert und ein zweites Mal deformiert.
Das Sedimentbecken kann sich entweder in einem passiven, oder in einem aktiven
Zustand befinden. Im aktiven Spannungszustand gibt es zwei Möglichkeiten, die Extension
mit Grabenbildung, oder die Kompression mit Überschiebungen. Beide Bedingungen
sind in Abbildung 3.2 skizziert. In Blau sind die Spannungsverhältnisse in einem kompressiven,
sedimentären Becken, in Grün die in einem extensiven Becken dargestellt.
Geologie-Endogene Dynamik, RWTH Aachen 1

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Strukturgeologie II, vs.01
Condition within an active sedimentary basin
σ v
σ h
σ n
σ s
σ h
active, graben
active, thrust
Abb. 3.2 Mohr´sche Spannungskreise in einem aktiven sedimentären Becken.
Im passiven Zuständ kommt es zu keinen tektonischen Bewegungen im Becken, es bilden
sich keine Störungen. Die vertikale Spannung baut auch in einem passiven Becken eine
Horizontalspannung auf. Als K 0 -Zustand bezeichnet man diejenige Bedingung, in der die
horizontale Verformung 0 ist. Der K-Wert ist definiert als
K
h
= σ σ v
Nimm an, ein Material habe einen kleinen Reibungswinkel. Unter diesen Umständen wird
ein grosser Anteil der Vertikalspannung in die horizontale Richtung abgelenkt. Wasser hat
einen K-Wert von 0, d.h. aller Vertikaldruck wird in die horizontale Richtung weiter geleitet.
In unserem Beispiel soll ein K 0 -Zustand von 0.7 angenommen werden.
Beachte, dass die Reibung mit der Tiefe zunimmt. Die Reibung kann man nach
berechnet werden (µ-Reibungskoeffizient).
Aus Abbildung 3.2 errechnet man
τ = Kσ vµ = Kδ ghµ
µ − coefficient of internal friction
F
u
= PπR
F = k2πRh
( 3. 4)
d
∑
F
y
⇒ F − F = 0
u
= 0 ( 3. 5)
d
2
⇔ PπR = k2πRh
⇔ PR = 2kh
( 3. 6)
2
( 33 . )
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wobei in Glg. 3.6 links ein Druck- (pressure term), rechts ein Festigkeitsterm
(strength term) steht.
References
Johnson, A.M. 1970. Phyiscal processes in geology. Freeman, Cooper & Company,
576pp..
Geologie-Endogene Dynamik, RWTH Aachen 3