1
2
زمین شناسی مهندسی
(Engineering Geology)
سنگ های دگرگونی
تهیه کننده : دکتر بهزاد زراعت
زمین شناسی مهندسی
3
هدف: آشنایی با مبانی دانش زمینشناسی و تاثیر محیط زمینشناسی بر سازههای مهندسی و پروژههای عمرانی
مباحث درس:
1- موقعیت زمین در فضا
2- آشنایی با زمینشناسی و جایگاه آن در مهندسی عمران
3- آشنایی با ساختمان داخلی زمین و زمان در زمینشناسی
4- فرآیندهای زمینشناسی (آذرین، دگرگونی، ساختمانی)
5- کانیها و سنگها
6- هوازدگی سنگها و تشکیل خاک برجا
7- ساختمانهای زمینشناسی
8- زمینساخت ورقهای
9- زمینلرزه
10- آبهای سطحی و زیر زمینی
11- ناپایداری دامنهها
12 – آشنایی با نقشههای توپوگرافی و زمینشناسی
سنگ های دگرگونی
سوال:
مطالعه سنگ ها در مهندسی عمران از چه نظر دارای اهمّیّت است؟
5
پوسته جامد زمین از سنگ های مختلف که از لحاظ ترکیب و خواص عمومی متفاوتند، تشکیل یافته است.
سنگ ها اجسامی هستند طبیعی که از یک نوع کانی (مانند: سنگ نمک، سنگ آهک، سنگ گچ) یا چند کانی (مانند: بازالت، گابرو، گرانیت و غیره) و یا قطعات شکسته شده کانی ها و یا از بقایای گیاهان و جانوران تشکیل شده اند.
6
چرخه سنگ ((The rock cycle
چرخه پیوسته ای از تغییرات که طیّ آنها سنگ ها بر اثر فرایندهای مختلف به سنگ های جدیدی تبدیل می شوند، «چرخه سنگ» را در طبیعت تشکیل می دهد.
7
8
9
10
11
زمین شناسان بر اساس منشا و نحوه تشکیل سنگ ها، آنها را به سه گروه اصلی سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگونی تقسیم می کنند.
12
۱- سنگ های آذرین یا ماگماتیکی (Igneous Rocks) :
مستقیماً از انجماد و تبلور ماگما (Magma) که یک ماده مذاب سیلیکاتی اشباع شده از گازها و بخارات است، تشکیل می شوند و برحسب اینکه در داخل پوسته جامد زمین و یا در سطح آن منجمد شوند به دو دسته تقسیم می شوند:
الف) سنگ های آذرین درونی یا نفوذی: که به آنها سنگ های پلوتونیکی یا Intrusive Rocks نیز اطلاق می شود.
ب) سنگ های آذرین بیرونی یا خروجی: که به آنها سنگ های ولکانیکی یا Extrusive Rocks نیز اطلاق می گردد.
13
انواع سنگ ها
Igneous rocks cycle
14
2- سنگ های دگرگونی یا متامورفیک (Metamorphic Rocks):
از تبلور مجدّد (Recrystallisation) کامل یا ناقص هر سنگی تحت تاثیر عوامل دگرگونی که شامل: حرارت، فشار و عمل سیال ها است، در ترکیب کانی ها و ساخت و بافت سنگ تغییر محسوس پدید می آید.
15
Metamorphic cycle
16
3- سنگ های رسوبی (Sedimentary Rocks) : از ته نشست یا رسوب مواد حمل شده (بوسیله آب، باد، یخچال و…) حاصل از تجزیه و تخریب سنگ های متشکله قشر جامد زمین ( سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگونی ) در حوضه های رسوبی و مخصوصاً در دریاها بوجود می آیند.
17
Sedimentary cycle
18
19
سنگ های دگرگونی
بر اثر عملکرد گرما و فشار غالباً در حضور سیّالات و محلول های فعّال از نظر شیمیایی، در سنگ های موجود (رسوبی، آذرین یا دگرگونی قبلی) تغییراتی فیزیکی و شیمیایی روی می دهد، که این گونه تغییرات را «دگرگونی» می گویند.
دگرگونی موجب تغییر در ترکیب کانی شناسی ( ایجاد کانی های جدید) و ساخت و بافت سنگ ( جهت دار شدن کانی ها ) می شود. این تغییرات در داخل زمین و در حالت جامد صورت می پذیرد.
حدود 15درصداز پوسته زمین از سنگ های دگرگونی تشکیل شده اند.
21
22
انواع دگرگونی
برحسب عاملی که موجب دگرگونی می شود، دگرگونی را به چند نوع تقسیم می کنند که مهمترین آنها دگرگونی ناحیه ای یا عمومی، دگرگونی مجاورتی یا همبری، دگرگونی حرکتی یا دینامیکی و دگرگونی ناشی از محلول های گرمابی است.
23
دگرگونی ناحیه ای(Regional Metamorphism)
این نوع دگرگونی در مقیاس خیلی وسیع در حوضه های رسوبگذاری بزرگ و بر اثر عمل فرو نشینی تدریجی کف حوضه و قرار گرفتن در عمق بیشتر و در نتیجه تحت تاثیر فشار و حرارت وارده صورت می پذیرد.
در یک منطقه ای که تحت تاثیر دگرگونی ناحیه ای قرار گرفته، هر چه از حاشیه دگرگون نشده سنگ ها به طرف داخل حرکت کنیم شدّت دگرگونی سنگ ها بیشتر می شود.
24
دگرگونی مجاورتی (Contact Metamorphism)
این نوع دگرگونی بر اثر نفوذ ماگما، در سنگ های مجاور توده نفوذی ایجاد می شود. با دور شدن از توده نفوذی دما به تدریج کاهش می یابد، به همین جهت تغییرات دما موجب تشکیل یک «هاله دگرگونی» (aureole) در اطراف توده نفوذی می شود. ضخامت هاله دگرگونی بستگی به اندازه و ترکیب توده نفوذی دارد و ممکن است چند سانتی متر تا بیش از یک کیلومتر باشد.
25
26
Contact Metamorphism
27
28
دگرگونی حرکتی (Dynamic Metamorphism)
در اثر حرکات زمین ساختی پوسته زمین که منجر به تشکیل چین و گسل می شود، فشار و تنش وارده به سنگ ها موجب تغییر در بافت و ساخت سنگ و ایجاد شیستوزیته در آن می شود، که به آن دگرگونی حرکتی یا دینامیکی می گویند.
29
دگرگونی ناشی از محلول های گرمابی (Hydrothermal Metamorphism)
گاز و محلول های داغ همراه ماگما می توانند در حین عبور از درون شکاف ها و منافذ سنگ ها موجب دگرگونی سنگ ها گردند.
30
سوال:
چنانچه می دانیم فشار و حرارت دو عامل اصلی برای دگرگونی سنگ ها می باشد. در هر کدام از انواع دگرگونی کدام عامل نقش بیشتری دارد؟
1) دگرگونی ناحیه ای
2) دگرگونی مجاورتی
3) دگرگونی حرکتی
4) دگرگونی دفنی
31
سوال:
آیا در کوه الوند همدان سنگ های دگرگونی وجود دارد؟ در صورت مثبت بودن پاسخ این سنگ ها ناشی از چه نوع دگرگونی است؟
1) دگرگونی ناحیه ای
2) دگرگونی مجاورتی
3) دگرگونی حرکتی
32
جهت یابی در سنگ های دگرگونی
در بسیاری از سنگ های دگرگونی بر اثر فشارهای جهت دار کانی های ورقه ای و طویل کم و بیش موازی هم قرار می گیرند. به هم جهت قرار گرفتن کانی های ورقه ای مثل میکاها «فولیاسیون» (Foliation) و به هم جهت شدن کانی های طویل یا سوزنی شکل مثل آمفیبولها «لینه آسیون»(Lineation)می گویند. البتّه برخی از سنگ های دگرگونی دارای فولیاسیون یا لینه آسیون نیستند، یعنی کانی ها جهت یابی ترجیحی نشان نمی دهند (مثلاً مرمر
وکوارتزیت).
33
34
کانی ها بیشتر در جهت کوچکترین تنش رشد می کنند.
35
Foliation
36
37
مهمترین سنگ های دگرگونی
سنگ لوح: (اسلیت)(Slate) سنگی سخت، ریزدانه و به رنگ سیاه و خاکستری است. ذرّات کانی در این سنگ (کوارتز، میکا، کلریت و موادّ کربناته) آن قدرکوچک اند که با چشم غیرمسلّح دیده نمی شوند.
یکی از خصوصیّات این سنگ داشتن رخ سنگی یا قابلیّت تورّق است یعنی می توان این سنگ را به آسانی به صورت ورقه های نازکی با سطوح هموار از هم جدا کرد. اسلیت از نظر ظاهری غالباً شبیه به شیل است و معمولاً در اثر دگرگونی شیل ها و نهشته های رسی به وجود می آید.
38
Slate
39
Slate
40
فیلیت ((Phyllite
با افزایش درجه دگرگونی (افزایش فشار و حرارت) کانی های موجود در اسلیت مانند میکا و کلریت به صورت بلورهای درشت تری در می آیند و سنگ فیلیت را تشکیل می دهند.
41
Phyllite
42
اسلیت وفیلیت فراوان تر از سایر سنگ های دگرگونی هستند و از نظر کاربردی مهندسی، به دلیل داشتن تورق ناشی از رخ سنگی مورد استفاده چندانی ندارند و از اسلیت بعضاً برای پوشش سقف خانه ها استفاده می شود و در گذشته این سنگ برای نوشتن مورد استفاده بوده است .
از آنجایی که این گونه سنگ ها در جهت عمود بر تورّق دارای خواصّ مقاومتی متفاوتی نسبت به جهت تورّق هستند، لذا به هنگام اجرای پروژه های مهندسی در این گونه تشکیلات باید توجّه کافی را مبذول داشت.
43
شیست ( Schist)
«شیست» از ذرّات کانی بزرگتر از اسلیت درست شده به طوری که کانی های آن با چشم غیرمسلّح قابل مشاهده است. فراوان ترین کانی های موجود در این سنگ ها عبارت اند از: کوارتز،
فلدسپات ها و میکا. معمولاً نام یک یا دو جزء اصلی سازنده شیست در نام آن وارد می شود مثلاً میکاشیست، کلریت شیست، کوارتز شیست و غیره.
شیست دارای فولیاسیون کاملاً مشخص است. فولیاسیون یا شیستوزیته(Schistosity) در این سنگ ها نتیجه جهت یابی موازی یا تقریباً موازی کانی های میکایی است.
44
شیست نیز نتیجه دگرگونی سنگ های مختلف از جمله شیل ها و سنگ های رسی است. در درجات کم دگرگونی اسلیت تشکیل می شود و با افزایش شدّت دگرگونی و بر اثر تغییرات کانی شناسی و تبلور دوباره، شیست به وجود می آید.
45
Muscuvite Schist
46
47
شیست ها به علّت ساخت و بافت مخصوصی که دارند در مقابل عوامل هوازدگی و تجزیه و تخریب و فرسایش مقاومت زیادی نداشته و به همین دلیل کاربرد چندانی در امور مهندسی ندارند.
48
گنیس ((Gneiss
گنیس، سنگ دگرگونی دانه درشتی است که بافت نواری نشان می دهد. نوارها تناوبی از کانی های تیره (بیوتیت و آمفیبول) و
کانی های روشن (کوارتز و فلدسپات) است.
بر اثر دگرگونی سنگ های آذرین یا رسوبی مانند گرانیت و ماسه سنگ ممکن است گنیس ایجاد شود. شیل ها و سنگ های رسی در درجات بالای دگرگونی ممکن است گنیس به وجود آورند.
49
خواصّ مهندسی گنیس بستگی به ترکیب کانی شناسی و همچنین حضور کانی های ورقه ای از قبیل میکا دارد، به طوری که هر چه مقدار کانی میکا در گنیس بیشتر باشد از میزان مقاومت آن کاسته می شود و بر عکس هر چه کانی کوارتز در آن بیشتر باشد، میزان مقاومت آن در عوامل هوازدگی بیشتر می گردد.
50
Gneiss
51
Gneiss
52
53
Gneiss
مرمر ((Marble
مرمر سنگی دگرگونی و عمدتاً متشکل از کانی کلسیت و گاهی دولومیت است که براثر تبلور دوباره سنگ های آهکی به وجود می آید.
مرمرها ممکن است دانه ریز یا دانه درشت باشند. در زیر میکروسکوپ می توان مشاهده کرد که بلورهای کلسیت کاملاً درهم قفل شده اند و یک بافت موزاییکی ایجادکرده اند. ناخالصی های موجود در مرمر ممکن است یک الگوی نواری ایجاد کند که ارزش خاصّی در سنگ های ساختمانی دارد. مرمر با اسید کلریدریک رقیق می جوشد. مرمرها غالباً دارای تورّق و فولیاسیون نیستند.
54
Marble
55
56
Marble
میزان مقاومت و پایداری مرمر در مقابل عوامل هوازدگی بستگی به اندازه دانه های تشکیل دهنده آن دارد. مرمرهای دانه ریز، مقاومت بیشتری نسبت به مرمرهای دانه درشت دارند. در مجموع مقاومت فشاری مرمر نسبتاً خوب است.
از سنگ مرمر یا مرمریت در نماسازی ساختمان ها و در صورت خوش رنگ بودن جهت تهیّه ظروف فلزی و مجسّمه سازی استفاده می شود.
57
در مجموع مقاومت فشاری مرمر نسبتاً خوب و از حدود 1000 تا 1800 کیلوگرم بر سانتی متر مربع متغیر است.
58
Marble
59
کوارتزیت
کوارتزیت، سنگی است که عمدتاً از بلورهای کوارتزی که تبلور دوباره یافته اند، تشکیل گردیده است.
کوارتزیت غالباً حاصل دگرگونی ماسه سنگ کوارتزی است. کوارتزیت سنگی بسیار سخت و متراکم است. این سنگ نیز مانند مرمر معمولاً بدون فولیاسیون و تورّق است.
60
Quartzite
61
از کوارتزیت می توان جهت سنگ پی و پایه های پل و دیوارهای حایل و همچنین در تهیه بالاست و زیر سازی جادّه ها و ریل های راه آهن استفاده نمود.
62
63
با تشکر از
همراهی صمیمانه شما
64