BÖLÜM 9 DEFORMASYON, DAĞ OLUŞUMU 1
Deformasyon kayaçların şekil veya hacim ya da her ikisinde birden olan değişimler için kullanılan genel bir terimdir. Bir başka deyişle kayaçlar, gerilimin sonucunda kırılır ya da kıvrılır. Gerilme, belirli bir kayaç alanına uygulanan kuvvet olarak ifade edilir. Gerilme ve Yamulma Genellikle santimetre kare başına düşen kilogram (kg/cm2) cinsinden ifade edilen gerilme, belirli bir kayaç alanına uygulanan kuvvettir. Örneğin buzla kaplı bir gölde yürüyen kişinin uyguladığı gerilim ya da kuvvet, kişinin ağırlığı ile ayaklarının altındaki alanın bir fonksiyonudur. Gerilme, buzun bükülerek ya da çatlayarak deforme olduğu ölçüde büyük olmazsa buzun iç dayanımı gerilmeye karşı koyar. 2
Gerilme birim alan başına düşen kuvvet olduğu halde, uygulanan kuvvetlerin yönüne bağlı olarak üç çeşit gerilim vardır; 1) sıkıştırma, 2) genişleme ya da germe ve 3) kesme ya da makaslama. Gerilme ve olası deformasyon türleri. (a) Sıkıştırma, kayaç tabakalarının kıvrılma ya da faydalanmayla kısalmasına yol açar. (b) Genişleme, kayaç tabakalarını uzatarak faylanmaya neden olur. (c) Makaslama gerilimi, tabakaların yakın aralıklı düzlemler boyunca yer 3 değiştirmesiyle deformasyona neden olur.
Kayaçlar gerilmeye başlangıçta esnek deformasyonla yanıt verirler ve gerilim kalktığında eski şekillerine geri dönerler (B). A eğrisinde olduğu gibi esnek sınır aşıldığında kayaçlar, kalıcı deformasyon olan plastik şekilde deforme olurlar. Kayaçların kırılmadan önce sergilediği plastik deformasyon miktarı ise sünekliklerine bağlı olarak değişir. Sünek olduklarında önemli ölçüde plastik deformasyon gösterirken (A eğrisi), kırılgan olduklarında kırılmayla yenilmeden önce çok az ya da hiç plastik deformasyon göstermezler. 4
5
Doğrultu yatay bir düzlemin eğik bir düzlemle kesişmesi sonucunda oluşan bir çizginin yönüdür. Yukardaki kayaç tabakalarının yüzeyleri eğimli yüzeylerdir, oysa su yüzeyi yatay bir düzlemdir. Su yüzeyi ile kayaç tabakasının eğimli yüzeyinin kesişmesiyle oluşan çizginin yönü doğrultudur. Doğrultu değeri pusulanın kuzeyle yaptığı açı ölçülerek belirlenir. Eğim, eğilmiş bir düzlemin yataydan sapma değeridir, bu yüzden eğim doğrultu yönüne dik konumda ölçülmelidir. 6
DEFORMASYON VE JEOLOJİK YAPILAR Deformasyon ve eşanlamlı olan yamulma kayaçların şeklinde ya da hacmindeki değişikliklerdir. Kayaçlar deformasyon sırasında kıvrımlanır ya da kırılır, ya da her ikisi birden olabilir. Deformasyon sonucunda olan bu özelliklerin her birine jeolojik yapı adı verilir. Bu yapıların en önemlileri: Kıvrımlar, eklemler ve faylardır. Kıvrımlar 7
8
Eksen, eksen düzlemi ve kıvrım kanatları gösterilen senklinal ve antiklinal. 9
10
11
Aşınmış antiklinal ve senklinallerin, kıvrımlı kayaç tabakalarının doğrultu, eğim ve göreceli yaşlarıyla belirlenmesi. 12
Asimetrik (bakışımsız) kıvrım 13
Devrik kıvrım 14
Yatık kıvrım 15
Yatık zig-zag kıvrım 16
(a) Dalımlı bir kıvrım. (b) Dalımlı kıvrımların yüzey ve düşey kesitteki görünümleri. Her kıvrımın ortasındaki uzun ok, dalımlı antiklinal ve senklinalleri gösterirken kullanılan standart jeolojik simgedir. Çizginin ucundaki ok dalım yönünü gösteriyor. 17
Çift dalımlı antiklinalin havadan görünümü 18
Dalımlı kıvrımın haritası (üstte), blok diyagramı (altta) hava fotoğrafı 19
(a) Bir dom ve (b) bir havza. Domdaki en yaşlı kayaçların, domun merkezinde bulunduğuna ve tüm kayaçların merkezdeki bir noktadan dışa doğru eğimlenirken, havzada en genç kayaçların merkezde yer aldığına ve tüm kayaçların içe doğru merkezde bir noktaya eğimlendiğine dikkat ediniz. 20
monoklinal 21
Eklemler Kayaçlar kıvrılmanın yanı sıra kırılmayla da kalıcı biçimde deforme olur. Yeryüzüne yakın yerlerde bulunan kayaçların kırılgan olup gerilim altında çoğunlukla kırılma ile yenilir. Bundan dolayı, yüzeye yakın hemen tüm kayaçlar sıkıştırma, genişleme ve makaslamaya karşılık oluşan eklemleri vardır. Bunlar ufak çatlaklardan bölgesel ölçekte izlenebilen birkaç kilometreye kadar değişebilir ve genellikle iki ya da üç belirgin takım halinde dizilir. Jeoloji haritalarıyla eklemlerin ve eklem takımlarının çoğunlukla büyük kıvrımlar ve faylar gibi diğer jeolojik yapılarla ilişkili olduğu açığa çıkmıştır. Kırılgan davranış gösteren eklemlerin plastik deformasyona uğramış kıvrımlı kayaçlarda bu kadar yaygın olması garip görünebilir. Bir antiklinalin doruğu bunun nasıl olabildiğini gösteren iyi bir örnektir. Her ne kadar antiklinaller sıkışma ile oluşuyorsa da kayaç tabakaları, kıvrım sırtlarına dik açılma gelişecek şekilde kemerleşir. Eklemler de kıvrımlı bir tabakanın üst kesiminde kıvrımın uzun eksenine paralel olarak oluşurlar. Önceki bölümlerde diğer iki eklem türünün üzerinde durmuştuk; sütun eklemleri ve levha eklemleri. Sütun eklemleri bazı lav akıntıları ve bazı plütonlarda oluşur. Soğuyan magma büzüldüğünde, çokgen şekilli çatlak dizgilerini oluşturan açılma gerilimleri gelişir. Levha eklemleri ise basınç rahatlamasına karşılık olarak oluşur. 22
23
Kuruma eklemlerı Bunlar, killi ve karbonatlı çamurlar gibi sulu tortulların suyunu kaybetmesi sonrasında karalarda çökelmiş sedimentlerde gelişim gösteren eklemlerdir. Özellikle sıcak bölgelerde, gölsel ortamlarda çökelleri sağlayan su, ortamdan uzaklaştığı veya suyun buharlaştığı zamanlarda, çökeller üzerinde gelişen eklemlerdir. Şiddetli yağmurlardan sonra yatay killi-çamurlu tarla toprağı üstünde gelişen eklemlerde, birer kuruma eklemidir. 24
Soğuma eklemleri Özellikle mağmatik kayaçlardan bazalt gibi akıcı lavlarda, bunların soğuması ve büzülmesi aşamasında gelişen eklemlerdir. Bunlar çoğunlukla sütun şeklindedirler ve enine kesitlerinde beşgen veya altıgen şeklinde görülürler 25
Tabaka Eklemleri (Basınç Azalması/Rahatlaması ile Oluşan Eklemler) Kavisli genleşme çatlakları: aşağı yukarı topoğrafyaya paralel gelişirler ve genelde büyük yuvarlak kayaç domları oluştururlar. Özellikle tabaka veya şistozitenin olmadığı kayaçlarda, dolayısıyla da derinlik kayaçlarında (plütonlarda) yaygındır; kayaç soğanın katmanlarına benzer bir şekilde tabaka eklemler tarafından kesilirler. Bu eklemler bir kayaç kütlesinin üzerinden onu dengede tutan basıncın çeşitli nedenlerle kalkması sonucu kütlenin genişlemesi ile oluşur. 26
(i) gömülü sokulum kütleleri (batolitler): yüksek basınçta durağandır (ii) yükselme erozyon basınç serbest kalır / salınır kayaçlardaki içsel enerji genleme ile salıverilir (iii) tabaka eklemlerin oluşması: topoğrafyaya paralel büyük kırıklar/ çatlaklar (genelde yeryüzeyine bir kaç yüz metrelik bir mesafede!). (iv) eksfoliasyon: tabaka eklemlerle sınırlı kaya dilimleri kırılır, kopar ve kayar eksfoliasyon domları 27
Faylar Kıvrımların varlığı genellikle sıkışmayı kanıtlarsa da, faylar hem sıkışma, hem çekme hem de kesme kuvvetleri altında oluşabilirler. Bu kuvvetler özellikle plaka sınırlarında etkin ve şiddetlidirler. Çarpışan plakaların sınırlarında gelişen dağ kuşaklarında veya birbirlerinden uzaklaşan plakaların arasındaki rift vadilerinde fayları bulmak doğaldır. Kuzey Anadolu fayı gibi faylarında ise, iki plaka yanyana önemli ölçülerde kayabilirler. Plakaların iç kesimlerinde de kuvvetler etkin olabilirler, ve plaka sınırlarından uzak ve plaka içindeki yerlerde faylanmalar oluşturabilirler. Fayın oluştuğu kırık yüzeyine fay yüzeyi düzlemi denir. Tabakalarda olduğu gibi, fay yüzeyinin de doğrultu ve eğimi vardır. Bu yüzeyin her iki tarafında bulunan fay bloklarının birbirlerine göre fay yüzeyi üzerinde yaptıkları hareketlerin, doğrultu veya eğim yönüne yakınlığına göre sırası ile doğrultu atımlı veya eğim atımlı faylar tanımlanır. Doğrultu atımlı bir fayda (strike-slip fault), fay hareketleri yataydır. Bir fayın atımının hem eğim hem de doğrultu yönünde bileşenleri varsa, bu faya verev atımlı (oblik atımlı) fay denir. Eğim atımlı faylar, sıkışma kuvvetleri neticesinde oluşmuşsa ters fay, çekme kuvvetleri ile oluşmuşsa normal fay adını alır. Ters fayda, fay yüzeyinin üzerinde yeralan jeolojik formasyonlar altta yeralanlara göre yukarı doğru çıkmışlardır. Normal bir fayda ise, fay yüzeyi üstündeki formasyonlar alttakilere göre aşağıya doğru ilerlemişlerdir (ötelenmişlerdir). Doğrultu atımlı bir fayın bir tarafı, diğerine göre sola doğru gitmişse faya sol yönlü doğrultu atımlı fay denir, sağa doğru gitmişse faya sağ yönlü doğrultu atımlı fay denir. Bir ters fayın açısı çok düşük ise (0-10 ), bu faya örtü fayı veya nap (fransızca nappe; ingilizce thrust fault) adı verilir. Örtü fayları, önemli deformasyon geçirmiş dağ kuşaklarına (örneğin Toroslar, Alpler) has yapılardır. 28
29
Normal Fay Tavan blok eğim aşağı hareket ederken göreceli olarak taban blok eğim yukarı hareket eder. Eğimleri 45 o den büyük, 90 o den küçüktür; genelde 60 o dir. Düşük açılı normal faylar 30 o veya daha düşük eğimlidirler. Hareket vektörü fayın doğrultusuna dik, eğim yönüne paraleldir. 30
31
32
33
34
Ters Fay Tavan blok eğim yukarı hareket ederken göreceli olarak taban blok eğim aşağı hareket eder. 45 o den büyüktür. Düşük açılı ters fayların eğimi genelde 30 o civarındadır ve Bindirme Fayı adı verilir. Hareket vektörü fayın doğrultusuna dik, eğim yönüne paraleldir 35
Bindirme Fayı Örtü fayı/şaryaj/nap 36
Doğrultu-atımlı Fay Hareket vektörü fayın doğrultusuna paralel, eğim yönüne diktir 37
38
www.geology.cwu.edu/facstaff/charlier/courses/g360/ppt/lecture18_strikeslipfault1.ppt 39
Verev-atımlı Fay Hareket yanal ve eğim atım birleşimidir: fay düzlemi boyunca hem eğim atım hemde doğrultu atım vardır. Hareket vektörü fayın doğrultusuna verevdir; sapma açısı 90 o den küçük 00 o den büyüktür. Dolayısıyla, hem eğim hem de yana-atımlı fayların adlandırma kriterleri kullanılır ve baskın hareket fay için sıfat olarak değerlendirilir: sağ-yanal bileşenli normal fay; ters bileşenli sol-yanal fay gibi. 40