Lagi

9.1: Stres dan Regangan - Geosains


Menekankan adalah gaya yang diberikan per satuan luas dan tekanan adalah perubahan fisis yang diakibatkan oleh gaya tersebut. Ketika tegangan yang diberikan lebih besar dari kekuatan internal batuan, hasil regangan berupa deformasi batuan yang disebabkan oleh tegangan tersebut. Regangan pada batuan dapat direpresentasikan sebagai perubahan volume batuan dan/atau bentuk batuan, serta rekah batuan. Ada tiga jenis stres: tegang, kompresional, dan mencukur [1]. Tegangan tarik melibatkan gaya tarikan ke arah yang berlawanan, yang menghasilkan regangan yang meregangkan dan menipiskan batuan. Tekanan kompresional melibatkan kekuatan yang mendorong bersama-sama, dan regangan kompresi muncul sebagai pelipatan dan penebalan batuan. Tegangan geser melibatkan gaya transversal; regangan muncul sebagai blok atau daerah yang berlawanan dari material yang bergerak melewati satu sama lain.

Tabel yang menunjukkan jenis tegangan dan regangan yang dihasilkan:

Jenis StresTipe Batas Pelat Terkait (lihat Bab 2)Ketegangan yang dihasilkanJenis kesalahan dan offset terkait
KeteganganberbedaPeregangan dan penipisanNormal
KompresikonvergenPemendekan dan penebalanMembalik
MencukurmengubahmerobekStrike-slip

Video yang menunjukkan jenis dan klasifikasi kesalahan:


10.1 Stres dan Ketegangan

Gambar 10.1.1: Penggambaran tegangan yang diterapkan pada batuan di dalam kerak. Stres dapat dipecah menjadi tiga komponen. Dengan asumsi bahwa kita melihat ke bawah dalam kasus ini, panah hijau mewakili tegangan utara-selatan, panah merah mewakili tegangan timur-barat, dan panah biru (yang di bawahnya tidak terlihat) mewakili tegangan naik-turun. Di sebelah kiri, semua komponen tegangan adalah sama. Di sebelah kanan, tegangan utara-selatan paling kecil dan tegangan naik-turun paling besar.

Batu tunduk pada menekankan —sebagian besar terkait dengan lempeng tektonik tetapi juga dengan berat batuan di atasnya — dan responsnya terhadap tekanan itu adalah tekanan ( deformasi ). Di daerah yang dekat dengan tempat lempeng konvergen, tegangan biasanya kompresional —batu-batu sedang diperas. Di mana pelat divergen, tegangannya adalah tegang —batu sedang ditarik. Pada batas lempeng transformasi, di mana lempeng-lempeng bergerak berdampingan ada kesamping atau tegangan geser —artinya ada gaya-gaya dalam arah berlawanan yang sejajar dengan bidang. Batuan memiliki respons regangan yang sangat bervariasi terhadap stres karena komposisi dan sifat fisiknya yang berbeda, dan karena suhu merupakan faktor besar dan suhu batuan di dalam kerak dapat sangat bervariasi.

Kita dapat menggambarkan tegangan yang diterapkan pada batu dengan memecahnya menjadi tiga dimensi—semuanya tegak lurus satu sama lain (Gambar 10.1.1). Jika batu hanya tunduk pada tekanan penguburan, tekanan di ketiga arah kemungkinan akan sama. Jika tunduk pada gaya penguburan dan tektonik, tekanan akan berbeda dalam arah yang berbeda.

Gambar 10.1.2: Berbagai jenis respons material geologis terhadap tekanan. Bagian lurus putus-putus adalah regangan elastis dan bagian melengkung adalah regangan plastis. Dalam setiap kasus, tanda X di mana material patah. A, bahan terkuat, mengalami deformasi relatif kecil dan pecah pada tingkat tegangan tinggi. B, kuat tetapi rapuh, tidak menunjukkan deformasi plastis dan pecah setelah deformasi elastis yang relatif kecil. C, yang paling dapat dideformasi, pecah hanya setelah regangan elastis dan plastis yang signifikan. Tiga diagram deformasi di sebelah kanan menunjukkan A dan C sebelum putus dan B setelah putus.

Batuan dapat merespons tegangan dengan tiga cara: dapat berubah bentuk secara elastis, dapat berubah bentuk secara plastis, dan dapat pecah atau patah. Regangan elastis bersifat reversibel jika tegangan dihilangkan, batuan akan kembali ke bentuk semula seperti karet gelang yang diregangkan dan dilepaskan. Strain plastik tidak reversibel. Seperti yang telah dicatat, batuan yang berbeda pada suhu yang berbeda akan berperilaku dengan cara yang berbeda untuk stres. Suhu yang lebih tinggi menyebabkan lebih banyak perilaku plastik. Beberapa batuan atau sedimen juga lebih plastis saat basah. Faktor lain adalah tingkat di mana stres diterapkan. Jika tegangan diterapkan dengan cepat (misalnya, karena dampak luar bumi atau gempa bumi), akan ada kecenderungan yang meningkat bagi batuan untuk patah. Beberapa jenis respon regangan yang berbeda diilustrasikan pada Gambar 10.1.2.

Hasil dari menempatkan batuan di bawah tekanan sangat bervariasi, tetapi mereka termasuk patah, miring dan lipat, peregangan dan pemerasan, dan patahan. SEBUAH patah adalah istirahat sederhana yang tidak melibatkan pergerakan batu yang signifikan di kedua sisi. Fraktur sangat umum terjadi pada batuan vulkanik, yang menyusut saat mendingin. Kolom basal pada Gambar 10.1.3a adalah contoh rekahan yang baik. Lapisan terkadang dimiringkan oleh gaya tektonik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.1.3b, atau terlipat.

Gambar 10.1.3: Struktur batuan yang disebabkan oleh berbagai jenis regangan di dalam batuan yang telah mengalami tegangan.

Ketika tubuh batuan dikompresi dalam satu arah, biasanya diperpanjang (atau diregangkan) ke arah lain. Ini adalah konsep penting karena beberapa struktur geologi hanya terbentuk di bawah tekanan kompresi, sementara yang lain hanya terbentuk di bawah tekanan tarik. Sebagian besar batuan pada Gambar 10.1.3c adalah batugamping, yang relatif lemah dan mudah berubah bentuk jika dipanaskan. Batuan gelap adalah rijang, yang relatif lebih kuat dan tetap rapuh. Saat batu kapur diregangkan (sejajar dengan gagang palu), rijang yang rapuh terpaksa pecah menjadi fragmen untuk mengakomodasi perubahan bentuk tubuh batu. Gambar 10.1.3d menunjukkan tipe lain dari struktur getas yang disebut a kesalahan . Seperti halnya rekahan, sesar dihasilkan dari pecahnya getas suatu unit batuan. Perbedaan utama adalah bahwa tubuh batuan di kedua sisi patahan telah dipindahkan relatif satu sama lain oleh patahan.

Atribusi Media

menggambarkan gaya per satuan luas yang bekerja pada satuan batuan untuk mengubah bentuk atau volumenya

deformasi batuan yang mengalami tegangan

Dalam geologi, deformasi mengacu pada pelipatan (ductile bending) atau patahan dan rekahan (brittle breaking) batuan sebagai respons terhadap stres.

stres yang cenderung memeras sesuatu bersama-sama

stres yang cenderung memisahkan sesuatu

tegangan yang ditempatkan pada tubuh batuan atau sedimen yang berdekatan dengan sesar

batuan yang terdeformasi kembali ke bentuk dan ukuran aslinya ketika tegangan deformasi dihilangkan

Batuan terdeformasi tidak dapat kembali ke keadaan tidak terdeformasi setelah tegangan deformasi dihilangkan. Ketegangan ireversibel.

Sebuah istirahat dalam tubuh batu di mana batu di kedua sisi tidak dipindahkan.


1000 m dari NGB (Gambar 1c). Kami ingin menekankan bahwa perbedaan tegangan ini bukanlah tegangan diferensial, yang didefinisikan sebagai S1-S3 dan tidak pernah bisa negatif. Pelabelan pada Gambar 1c sering digunakan oleh insinyur pengeboran sebagai proxy untuk tegangan diferensial, karena tidak ada data yang lebih baik yang tersedia.

500 m di atas. Sementara transisi dapat terjadi dalam rentang yang lebih sempit pada resolusi numerik yang meningkat, hasil ini tetap menunjukkan bahwa topologi diapir mempengaruhi ukuran interval kedalaman di atas diapir di mana perubahan medan tegangan dapat diharapkan.

22,5 MPa/km telah dimodelkan (Gambar 9). Ini hasil dari penurunan tegangan horizontal di bagian model ini (Gambar 7). Pada jarak dari diapir garam, gradien tegangan yang lebih rendah ditemui, juga dalam kasus lapisan garam datar dengan

18,5 MPa/km (Model A-02). Di bagian sub-dan suprasalt, S . yang dimodelkanV-Shmin gradien lebih tinggi dari data yang sebenarnya diukur (Gambar 1c). Gradien suprasalt rata-rata di NGB adalah

7,1 MPa/km dan gradien subsalt adalah

11,4 MPa/km hasil kami menunjukkan gradien

20 MPa/km di subsalt. Tegangan vertikal dalam model pada dasarnya adalah berat lapisan penutup, oleh karena itu, perbedaan ini dapat dijelaskan dengan meremehkan besaran tegangan horizontal dalam model. Untuk mengatasi perbedaan ini, turunkan SV-Shmin gradien akan diperoleh dengan menerapkan tingkat pemendekan yang lebih tinggi atau dengan menerapkan pemendekan selama periode yang lebih lama untuk meningkatkan tekanan horizontal. Namun, pengamatan geodetik tidak memberikan bukti untuk tingkat pemendekan yang lebih tinggi dari sekitar 1 mm/a karena Eropa Tengah dianggap sebagai wilayah dengan tingkat deformasi yang sangat rendah. Tingkat yang diamati sehubungan dengan sistem referensi tetap Lempeng Eurasia berada dalam kisaran kesalahan pengukuran. Namun, ini tidak mengecualikan bahwa pemendekan yang masih harus dibayar di masa lalu masih tersimpan di bawah permukaan. Karena tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis kondisi yang mengendalikan decoupling mekanis, kami tidak melanjutkan aspek ini lebih lanjut dengan mempertimbangkan peningkatan jumlah pemendekan.


Pengujian Tegangan-Regang

Peralatan pengujian tegangan-regangan khas ditunjukkan pada gambar di atas, bersama dengan diagram peralatan pengujian, dan geometri khas dari spesimen uji tarik. Selama uji tarik, sampel ditarik perlahan sementara perubahan panjang yang dihasilkan dan gaya yang diterapkan dicatat. Menggunakan panjang asli dan luas permukaan diagram tegangan-regangan dapat dihasilkan.

Untuk membaca

Sekarang setelah saya memperkenalkan stres, silakan buka buku teks elektronik Anda dan baca dua bagian pertama (halaman 65 hingga 70 dalam Bab 4 Materi untuk Dunia Masa Kini, Edisi Khusus untuk Penn State University) dari bacaan pelajaran ini. Setelah selesai membaca, lanjutkan ke halaman web berikutnya.


Tekanan

Seperti yang baru saja kita pelajari, kerak bumi terus-menerus mengalami gaya yang mendorong, menarik, atau memelintirnya. Kekuatan ini disebut stres. Menanggapi stres, batuan bumi mengalami tekanan, juga dikenal sebagai deformasi.

Regangan adalah setiap perubahan volume atau bentuk. Ada empat jenis umum tegangan. Salah satu jenis tegangan adalah seragam, yang berarti gaya berlaku sama di semua sisi tubuh batuan. Tiga jenis tegangan lainnya, tegangan, tekan dan geser, adalah tegangan tidak seragam, atau tegangan terarah. Semua batuan di bumi mengalami tegangan seragam setiap saat. Tegangan seragam ini disebut tekanan litostatik dan berasal dari berat batuan di atas titik tertentu di bumi. Tekanan litostatik disebut juga tekanan hidrostatik. (Termasuk dalam tekanan litostatik adalah berat atmosfer dan, jika di bawah laut atau danau, berat kolom air di atas titik tersebut di bumi. Namun, dibandingkan dengan tekanan yang disebabkan oleh berat batuan di atas, jumlah tekanan karena berat air dan udara di atas batu diabaikan, kecuali di permukaan bumi.) Satu-satunya cara untuk mengubah tekanan litostatik pada batu adalah dengan mengubah kedalaman batu di dalam bumi. tekanan litostatik adalah tegangan seragam, perubahan tekanan litostatik tidak menyebabkan rekahan dan selip sepanjang sesar. Namun demikian, itu mungkin menjadi penyebab beberapa jenis gempa bumi. Dalam subduksi lempeng tektonik, peningkatan tekanan pada kedalaman yang lebih besar di dalam bumi dapat menyebabkan mineral di lempeng tersebut bermetamorfosis secara spontan menjadi kumpulan mineral baru yang lebih padat yang stabil pada tekanan yang lebih tinggi. Ini dianggap sebagai kemungkinan penyebab beberapa jenis gempa bumi dalam di zona subduksi, termasuk gempa bumi terdalam yang pernah tercatat.

Batuan juga mengalami tiga jenis tegangan terarah (tidak seragam) yaitu tarik, tekan, dan geser.

  • Ketegangan adalah tegangan terarah (tidak seragam) yang menarik batu ke arah yang berlawanan. Gaya tarik (juga disebut ekstensional) saling menjauh.
  • Kompresi adalah tegangan terarah (tidak seragam) yang mendorong batuan bersama-sama. Gaya kompresi mendorong satu sama lain.
  • Mencukur adalah tegangan terarah (tidak seragam) yang mendorong satu sisi tubuh batuan ke satu arah, dan sisi tubuh batuan yang berlawanan dengan arah yang berlawanan. Gaya geser mendorong dengan cara yang berlawanan.

Dalam menanggapi stres, batuan dapat mengalami tiga jenis regangan yang berbeda – regangan elastis, regangan ulet, atau fraktur.

  • Regangan elastis bersifat reversibel. Batuan yang hanya mengalami regangan elastis akan kembali ke bentuk semula jika tegangan dilepaskan.
  • Regangan ulet adalah ireversibel. Batuan yang telah mengalami regangan daktail akan tetap terdeformasi meskipun tegangannya berhenti. Istilah lain untuk regangan ulet adalah deformasi plastis.
  • Patah disebut juga ruptur. Sebuah batu yang telah pecah tiba-tiba pecah menjadi potongan-potongan yang berbeda. Jika potongan-potongan itu diimbangi — bergeser ke arah yang berlawanan satu sama lain — fraktur adalah kesalahan.

Regangan Ulet dan Rapuh

Batuan bumi terdiri dari berbagai mineral dan ada dalam berbagai kondisi. Dalam situasi yang berbeda, batuan dapat bertindak baik sebagai bahan ulet yang mampu mengalami sejumlah besar regangan ulet dalam menanggapi stres, atau sebagai bahan rapuh, yang hanya akan mengalami sedikit atau tidak ada regangan ulet sebelum mereka patah. Faktor-faktor yang menentukan apakah suatu batuan ulet atau rapuh meliputi:

  • Komposisi—Beberapa mineral, seperti kuarsa, cenderung rapuh dan oleh karena itu lebih mudah pecah di bawah tekanan. Mineral lain, seperti kalsit, lempung, dan mika, cenderung ulet dan dapat mengalami banyak deformasi plastis. Selain itu, keberadaan air dalam batuan cenderung membuatnya lebih ulet dan kurang rapuh.
  • Temperatur—Batu menjadi lebih lunak (lebih ulet) pada temperatur yang lebih tinggi. Batuan pada suhu mantel dan inti bersifat ulet dan tidak akan patah karena tekanan yang terjadi jauh di dalam bumi. Kerak, dan sampai batas tertentu litosfer, cukup dingin untuk patah jika tekanannya cukup tinggi.
  • Tekanan litostatik—Semakin dalam bumi sebuah batu, semakin tinggi tekanan litostatik yang dialaminya. Tekanan litostatik yang tinggi mengurangi kemungkinan fraktur karena tekanan tinggi menutup fraktur sebelum dapat terbentuk atau menyebar. Tekanan litostatik yang tinggi dari mantel sub-litosfer bumi dan inti dalam yang padat, bersama dengan suhu yang tinggi, adalah alasan mengapa tidak ada gempa bumi jauh di dalam bumi.
  • Laju regangan—Semakin cepat suatu batuan mengalami regangan, semakin besar kemungkinannya untuk patah. Bahkan batuan dan mineral rapuh, seperti kuarsa, atau lapisan basal dingin di permukaan bumi, dapat mengalami deformasi ulet jika laju regangannya cukup lambat.

Sebagian besar gempa bumi terjadi di kerak bumi. Sejumlah kecil gempa bumi terjadi di mantel paling atas (kedalaman sekitar 700 km) di mana subduksi sedang berlangsung. Batuan di bagian bumi yang lebih dalam tidak mengalami rekahan dan tidak menghasilkan gempa bumi karena suhu dan tekanan di sana cukup tinggi untuk membuat semua regangan menjadi ulet. Tidak ada gempa bumi yang berasal dari bawah mantel atas bumi.

Jenis Stres dan Kesalahan

Korelasi berikut dapat dibuat antara jenis tegangan di bumi, dan jenis patahan yang mungkin terjadi:

  • Ketegangan menyebabkan kesalahan normal.
  • Kompresi menyebabkan kesalahan terbalik atau dorong.
  • Geser horizontal menyebabkan sesar mendatar.

Korelasi antara jenis stres dan jenis kesalahan dapat memiliki pengecualian. Misalnya, zona tegangan horizontal kemungkinan akan memiliki sesar mendatar sebagai jenis sesar yang dominan. Namun mungkin ada sesar-sesar normal dan sesar-sesar dorong aktif di zona-zona seperti itu juga, khususnya di mana ada belokan atau celah di sesar-sesar strike-slip utama.

Untuk memberikan contoh lain, di daerah tekanan kompresi di kerak, di mana lembaran batuan ditumpuk pada sesar aktif, sesar mendatar biasanya menghubungkan beberapa patahan dorong bersama-sama.


72 12.1 Stres dan Regangan

Batu tunduk pada menekankan —sebagian besar terkait dengan lempeng tektonik tetapi juga dengan berat batuan di atasnya — dan respons mereka terhadap tekanan itu adalah tekanan (deformasi). Di daerah yang dekat dengan tempat lempeng-lempeng bertemu, tegangan biasanya bersifat tekan—batuan terjepit. Di mana pelat divergen, tegangannya sangat luas—batuan ditarik terpisah. Pada batas lempeng transformasi, di mana lempeng-lempeng bergerak berdampingan ada kesamping atau tegangan geser—artinya ada gaya-gaya dalam arah berlawanan yang sejajar dengan bidang. Batuan memiliki respons regangan yang sangat bervariasi terhadap stres karena komposisi dan sifat fisiknya yang berbeda, dan karena suhu merupakan faktor besar dan suhu batuan di dalam kerak dapat sangat bervariasi.

Kita dapat menggambarkan tegangan yang diterapkan pada batu dengan memecahnya menjadi tiga dimensi—semuanya tegak lurus satu sama lain (Gambar 12.2). Jika batu hanya tunduk pada tekanan penguburan, tekanan di ketiga arah kemungkinan akan sama. Jika tunduk pada gaya penguburan dan tektonik, tekanan akan berbeda dalam arah yang berbeda.

Gambar 12.2 Penggambaran tegangan yang diterapkan pada batuan di dalam kerak. Stres dapat dipecah menjadi tiga komponen. Dengan asumsi bahwa kita melihat ke bawah dalam kasus ini, panah hijau mewakili tegangan utara-selatan, panah merah mewakili tegangan timur-barat, dan panah biru (yang di bawahnya tidak terlihat) mewakili tegangan naik-turun. Di sebelah kiri, semua komponen tegangan adalah sama. Di sebelah kanan, tegangan utara-selatan paling kecil dan tegangan naik-turun paling besar. [SE]

Batuan dapat merespons tegangan dengan tiga cara: dapat berubah bentuk secara elastis, dapat berubah bentuk secara plastis, dan dapat pecah atau patah. Regangan elastis bersifat reversibel jika tegangan dihilangkan, batuan akan kembali ke bentuk semula seperti karet gelang yang diregangkan dan dilepaskan. Strain plastis tidak dapat dibalik. Seperti yang telah dicatat, batuan yang berbeda pada suhu yang berbeda akan berperilaku dengan cara yang berbeda untuk stres. Suhu yang lebih tinggi menyebabkan lebih banyak perilaku plastik. Beberapa batuan atau sedimen juga lebih plastis saat basah. Faktor lain adalah tingkat di mana stres diterapkan. Jika tegangan diterapkan dengan cepat (misalnya, karena dampak luar bumi atau gempa bumi), akan ada kecenderungan yang meningkat bagi batuan untuk patah. Beberapa jenis respon regangan yang berbeda diilustrasikan pada Gambar 12.3.

Gambar 12.3 Berbagai jenis respon bahan geologi terhadap stres. Bagian lurus putus-putus adalah regangan elastis dan bagian melengkung adalah regangan plastis. Dalam setiap kasus, tanda X di mana material patah. A, bahan terkuat, mengalami deformasi relatif kecil dan pecah pada tingkat tegangan tinggi. B, kuat tetapi rapuh, tidak menunjukkan deformasi plastis dan pecah setelah deformasi elastis yang relatif kecil. C, yang paling dapat dideformasi, pecah hanya setelah regangan elastis dan plastis yang signifikan. Tiga diagram deformasi di sebelah kanan menunjukkan A dan C sebelum putus dan B setelah putus. [SE]

Hasil dari menempatkan batuan di bawah tekanan sangat bervariasi, tetapi mereka termasuk patah, miring dan lipat, peregangan dan pemerasan, dan patahan. Fraktur adalah patahan sederhana yang tidak melibatkan pergerakan batuan yang signifikan pada kedua sisinya. Fraktur sangat umum terjadi pada batuan vulkanik, yang menyusut saat mendingin. Kolom basal pada Gambar 12.4a adalah contoh rekahan yang baik. Lapisan kadang-kadang dimiringkan oleh gaya tektonik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.4b, atau terlipat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.1.

Gambar 12.4 Struktur batuan yang disebabkan oleh berbagai jenis regangan di dalam batuan yang telah ditekan [semua oleh SE]

Ketika tubuh batuan dikompresi dalam satu arah, biasanya diperpanjang (atau diregangkan) ke arah lain. Ini adalah konsep penting karena beberapa struktur geologi hanya terbentuk di bawah kompresi, sementara yang lain hanya terbentuk di bawah tekanan. Sebagian besar batuan pada Gambar 12.4c adalah batugamping, yang relatif mudah berubah bentuk jika dipanaskan. Batu yang gelap adalah rijang, yang tetap rapuh. Saat batu kapur diregangkan (sejajar dengan gagang palu), rijang yang rapuh terpaksa pecah menjadi fragmen untuk mengakomodasi perubahan bentuk tubuh batu. Sesar adalah batas batuan di mana batuan di kedua sisi telah dipindahkan relatif satu sama lain (Gambar 12.4d).


Tonton videonya: VemRadio Նարեկեան աղօթքը որպէս հոգեթերապիա (Oktober 2021).