Boudinowanie w drganiu

Dlaczego warstwy się zaciskają zamiast rozciągać równomiernie

Gdy pakiet warstwistej skały jest poddawany rozciąganiu, sposób, w jaki każda warstwa dostosowuje się do tego rozciągania, zależy od własności rheologicznych w stosunku do sąsiadujących warstw. Prawdziwe materiały jednorodne pod równomiernym rozciąganiem byliby cieniutkiej na całym swoim długości, ale rzeczywiste sekwencje skał są rzadko jednorodne; składają się z warstw o różnych viskosach, siłach i odczuciach do szybkości deformacji. Gdy stężona, bardziej kompetentna warstwa jest włożona w słabszy, bardziej ductylny matrycę, małe losowe zmiany w gruncie zasobnym w kompetencji tworzą małe obszary słabości. Ponieważ prędkość zanikania na dowolnej punkcie longitudynowym jest bardzo odczuwalna na lokalną powierzchnię przekrojową, razem z niespodziankowo cieńsza sekcja zaczyna się rozwijać, zanika szybciej niż jej otoczenie, niepokonana instabilność podobna do zaciskania widocznego w rozciąganiu nitki metalowej lub kawałka taffy. Ta instabilność, formalnie analizowana przy użyciu teorii zaciskania opracowanej pierwotnie dla materiałów inżynieryjnych i późniejszej adaptacji do geologii przez badaczy takich jak Neil Ramberg i Ray Fletcher, wyjaśnia dlaczego rozciąganie w warstwistym gruncie rzadko prowadzi do równomiernego zanikania, a zamiast tego tworzy osobiste punkty zaciśnięcia. Długość fali, czyli charakterystyczna odległość między kolejnymi zaciskami, nie jest przypadkowa; jest kontrolowana głównie przez stosunek viskosu kompetentnej warstwy do viskosu otaczającego matrycy, wraz z pierwotną grubością warstwy. Warstwy o wyższej kontrastowości viskosu względem matrycy tendują do tworzenia boudinów bardziej szeroko i regularnie rozłożonych, podczas gdy warstwy o niskim kontrastie mogą prawie zaciskać się wcale, deformując się zamiast tego w bardziej rozproszonym, ductylnym sposób, który przekłada się ciągle na otaczający matrycę bez tworzenia osobistych segmentów. Ta sama instabilność zaciskania pojawia się na ogromnej skalie i materiałów, od rozciągniętego łańcuszka o akwarylu do rozciąganej kupy glinianej do obrzędu krustu kontynentalnego kilometrycznego podczas riftingu, dlatego matematyka rozwijana dla boudinowania znalazła zastosowanie poza geologią konstrukcyjną, wkluczając w to glaciologię, naukę materiałową i nawet modelowanie zaciskania płyń lodowych i folii metalowej pod napięciem.

Rola Kontrastu Viskosji

Kontrast viskozy, zazwyczaj wyrażany jako stosunek viskozy efektywnej warstwy kompetentnej do viskozy otoczenia, jest jednym z najważniejszych czynników kontrolujących styl boudinowania. Gdy kontrast ten jest bardzo wysoki, co oznacza, że warstwa jest znacznie stęższym elementem w porównaniu do swojej hosty, tendencja do naciągania ma być ostre i lokalizowana, często prowadząc do zrywów twardych po stronie naciągnięcia nawet jeśli otoczenie deformuje się w sposób całkowicie ductylny; to powoduje klasyczne boudiny rozdarte lub zryte o ostre i kątowe kończenia. W przypadku kontrastu viskozy pośredniego warstwy tendencja ma rozwijać się do spłaszczonych, liscieńcowatych naciągnięć, które zanikają stopniowo bez zrywów, tworząc symetryczne boudiny w kształcie kuli lub lustrzanki połączone cienkimi ductylnymi mostkami materiału warstwy pierwotnej. Gdy kontrast viskozy jest niski, kompetentna warstwa zachowuje się prawie jak otoczenie, a boudinowanie może nie rozwijać się wcale lub pojawić się tylko jako łagodne undulacje zamiast osobistych segmentów. Geolodzy używają obserwowanego geometrycznego kształtu boudinów jako odwrotnego wskaźnika warunków rheologicznych panujących podczas deformacji, ponieważ proporcja wymiernicza pojedynczych boudinów, ostrość ich końców i regularność ich odstępstwa systematycznie koreluje z stosunkiem viskozy w chwili rozciągania. To ma praktyczne znaczenie, ponieważ bezpośrednia pomiar viskozy paleo jest niemożliwa do wykonania, natomiast zachowane morfologie boudinów w wykopie dostarczają odrobinę ale mierzonego wskaźnika. Temperatura również moduluje efektywny kontrast viskozy indywidualnie, ponieważ wiele minerałów tworzących skały staje się znacznie słabsze przy podwyższonej temperaturze, co oznacza, że ta sama para warstw może wytworzyć boudiny zryte i ostre podczas mniej gorącej i głębszej deformatywnej sytuacji, a boudiny ductylne i liscieńcowate, jeśli ta sama warstwa jest rozciągana później w dłuższej głębokości i wyższej temperaturze. Ta zależność od głębokości oznacza, że pojedynczy teren z kolejnymi poziomami ekshumacji może pokazać pełny spektrum stylów boudinów w pionie, z boudinami twardymi i zrytymi blisko strukturalnie głębokich i mniej gorących poziomów zona shear, gradując do liscieńcowatych, ductylnych boudinów na głębszych i gorętszych poziomach strukturalnych, oferując geolodkom bezpośredni wizualny wskaźnik głębokości i temperatury, w której dany horizont był deformowany.

Stopień Deformacji i Przejście od Włócnio-Wytrącalnej do Wytrącalnej

Szybkość zastosowania rozciągania ma ogromne znaczenie dla tego, czy warstwa kompetentna zwęża się w sposób włócnio-wytrącalny lub zakończone jest nagle łamaninami, ponieważ wiele mineralizacji formujących skały wykazuje deformowalność zależną od stopnia deformaty. W bardzo wolnych, geologicznie typowych stopniach deformaty, wskutek których kamienie byliby zachowywali się w sposób wytrącalny pod naciskiem szybkim, zamiast tego deformują się poprzez wolne i rozłożone procesy przetaczania deformacji, takie jak deformaacja przez defektory lub difuzja, tworząc łamaniny włócnio-wytrącalne bez widocznych powierzchni łamanej. W szybszych stopniach deformaty, lub w przypadku kamieni, których zasady przepływu sprawiają, że są naturalnie zależne od stopnia deformaty, ta sama warstwa może nie mieć czasu na rozpuszczenie nacisku poprzez deformację włócnio-wytrącalną i zamiast tego akumuluje deformację elastyczną aż do momentu, gdy przekracza ona siłę wytrącania materiału, łamie się poziomem zwężenia, tworząc łamaniny ostro złamane, zgnilone bez znaczącego włócnio-wytrącalnego zwężenia. Ta zależność od stopnia deformaty oznacza, że pojedyncze wyjście skał może w teoria zachować łamaniny różnych stylów, jeśli historia deformacji obejmowała okresy zarówno wolnych procesów przetaczania deformacji włócnio-wytrącalnej, jak i szybszych, bardziej lokalizowanych zjawisk deformaacyjnych, takich jak w przypadku okresu deformacji spowodowanego trzęsień na tle dłuższego okresu przetaczania deformacji bez sejsmicznego nacisku. Konkurencja między charakterystycznym czasem skalą rozpuszczenia się w viskojelastycznej warstwie a czasem, w jakim zewnętrzna deformaacja jest nałożona, często wyrażana jest za pomocą stosunku bezwymiarowego analogicznego do liczby Deborah użytej w deformowalności, gdzie wysokie wartości promują boudinowanie typu wytrącalnego a niskie wartości wspierają płynne zwężenie włócnio-wytrącalne. Geologowie strukturalni mapujący ciągi łamaniny na terenie atención, czy łamane zwężenia pokazują dowody wewnętrznej mineralizacji spolewnicznej, takiej jak kwas krystalizowany między boudinami, ponieważ ta mineralizacja rejestruje, że rozpad i dalsza infiltracja płynów miały miejsce podczas nadal kontynuowanego rozciągania, dostarczając obraz stopnia deformaty i dostępności płynów na konkretną chwilę w trakcie ciągłej deformacji. Eksperymenty labrynaoryczne pokazały tę podstawową pikturę, pokazując, że identyczne warstwy początkowe poddane są różnym stopniom deformaty nałożonym podobnych warunków temperatury i ciśnienia zakończone są tym samym przejściem od płynnego zwężenia włócnio-wytrącalnego w wolnych stopniach deformaty do nagle wytrącanego łamania w szybszych stopniach, co obserwuje się w naturalnych ciągach boudinów, dając silne wsparcie eksperymentalne dla stopnia deformaty jako pierwszej klasy kontroli stylu boudinowania.

Klasyfikacja morfologii boudinów

Geolodzy strukturalni rozpoznają kilka odmiennych klas morfologicznych boudinów, każda z nich jest diagnostyczna dla określonych warunków deformacji. Boudiny rozdarte lub wyciągnięte pozostają w ciągłym połączeniu, choć pinowane, i zwykle wskazują na to, że pinowanie nastąpiło bez pełnej separacji, często dlatego, że deformacja zakończyła się przed tym, aby pinie mogły completely zrezygnować całkowicie, lub ponieważ elastyczność warstwy była wystarczająca, aby zapobiec fałdowaniu. Boudiny rozdarte lub typu domino pokazują diskretny przestrzenny odstęp między kwadratowymi segmentami, często ograniczone planarnymi powierzchniami rysowania, a mogą rozwijać systematyczną rotację lub układanie w stylu domino pod wpływem napięć skręto-ciszeniowych na czystym rozciąganiu, geometrya szczególnie użyteczna do wyznaczania sensu napięć skręto-ciszeniowych w uogólnionych zderzeniach lub rozciąganiach. Morfologia boudinów typu tabletka ciocolate opisuje specjalny przypadek, gdy rozciąganie nastąpiło jednocześnie w dwóch prawie prostopadłych kierunkach, fragmentując warstwę na siatkę bloków kwadratowych, podobnych do segmentowanych kwadratów w tabletce ciocolate, tekstura, która zapisuje dwu- lub trójosowe napięcia skręto-ciszeniowe zamiast prostej rozciągania uniaxialnego, które powoduje obwieszczenie liniowych boudinów. Struktura pinowania i wypuklania reprezentuje końcowy człon o niskim napięciu, gdzie kompetentna warstwa zaszerza się i zaszkli się rytmicznie bez pełnej separacji, podstawowo etap incipientowy boudinowania, który nie doszedł do pełnego segmentowania. Przestrzenie między oddzielonymi boudinami często są wypełniane materiałem, który albo pasywnie zaciskany jest z adjacent słabszej matrycy, lub przypada z płynów jako cement mineralny synkinematyczny, a sam materiał wypełniający może zapisywać, czy stan napięciowy lokalny podczas otwierania tych przestrzeni był rozciągający, umożliwiając wzrost tensji mineralnej, lub dominował napięcia skręto-ciszeniowe. Tuzin klasyfikacji typu boudina w polu, połączone z pomiarami proporcji i odstępów, pozwala geolodzom odtworzyć nie tylko miarę rozciągania, ale pełną kinematyczną i rheologiczną historię wydarzenia deformacyjnego. Poprawne rozpoznawanie tych klas w polu nie jest jedynie akademickie, ponieważ bledne rozpoznanie boudinu rozdartego jako struktury pinowania i wypuklania, lub na odwrót, może prowadzić do znacznie różniących się estymatach całkowitej zapisanej deformacji oraz szybkości, z jaką to wydarzenie nastąpiło.

Boudinowanie jako wskaźnik deformacji i paleostresu

Dzięki systematycznemu reagowaniu geometrii boudinów na zmienne mechaniczne regulujące deformatję, geolodzy konstrukcyjni regularnie używają szeregów boudinów jako kwantyfikatorów deformacji w polu. Jeśli można oszacować pierwotną, niezdeformowaną grubość i długość warstwy kompetentnej lub jest ona znana z innych niestrzaganych równoważników w tej samej jednostce, obecna rozszerzona deformacja rejestrowana przez szereg boudinów może być bezpośrednio obliczona sumując obecne długości boudinów i przestrzeni między nimi oraz porównując tę sumę do pierwotnej długości warstwy. To sprawia, że boudinowanie jest jednym z bardziej wiarygodnych naturalnych wskaźników deformacji dostępnych dla geolodzy polowych, szczególnie wartościowym w terenach metamorficznych, gdzie inne wskaźniki deformacji, takie jak marne paleostresu, są często zniszczone przez recrystalizację. Długi osią boudinów eliptycznych oraz orientacja rozszerzającego się kierunku wywnioskowana z geometrii szyjki również dostarczają bezpośredniego wskaźnika lokalnego paleostresu lub orientacji ellipsoidy deformacji w chwili deformatji, dopełniając innych wskaźników konstrukcyjnych takich jak linie rozciągania i osie skrętu. W wielokrotnie deformowanych terenach geolodzy często znajdują boudiny, które sami zostali skrzyżowane lub ponownie boudinowane przez późniejszą deformatję, tworząc złożone struktury, których dokładne rozszyfrowanie może przeprowadzić rekonstrukcję pełnej wielostopniowej historii tectonicznej w jednym wyjściu. Boudinowanie ma również znaczenie ekonomiczne, ponieważ kompetentne żyłki zrystalizowane kwasu kwarcowego, które hostują złoto lub inne mineralizacje, często rozwijają strukturę boudinów podczas późniejszej deformatyjnej aktywności, a szyje między boudinami mogą stać się preferowanymi miejscami skupienia płynów i dalszej bogactwa mineralnego, czyniąc mapowanie boudinów narzędziem praktycznym w eksploracji złożeń odrzutowych kontrolowanych konstrukcyjnie oraz jedynie akademickim zadaniem rekonstruowania starych tectonicznych deformacji. Szeregi boudinów są również regularnie używane jako wskaźniki kierunkowości naprężenia, ponieważ asymetryczne obrót poszczególnych boudinów względem ogólnego kierunku rozszerzenia odrzuca, czy istniała część prostoszyj na purescyjnym rozciąganiu, pozwalając geolodzom pracującym w zonach naprężenia przekrzyżującego wyznaczyć zarówno miarę rozciągania, jak i kierunek naprężenia na podstawie tej samej grupy struktur.

Często zadawane pytania