โครงสร้างทางธรณีวิทยา(Geological structures)
ความนิยมของผู้ชม: / 34
แย่มากดีมาก 

การเปลี่ยนลักษณะของหินและเปลือกโลก

การเคลื่อนที่ของเพลท ส่งผลให้เปลือกโลกมีการเปลี่ยนลักษณะ (Deformation) อยู่อย่างต่อเนื่อง อาทิ ปัจจุบัน เราพบหินตะกอนที่มีซากบรรพชีวินของสัตว์ทะเลตามเทือกเขาสูงบนแผ่นดิน ซึ่งหินตะกอนนี้จะต้องเกิดในทะเลมาก่อน หรืออีกนัยหนึ่ง พื้นที่ที่เห็นเป็นเทือกเขาสูงปัจจุบัน ในอดีตต้องเคยเป็นท้องทะเลมาก่อน เมื่อเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ตามหลักการของเพลทเทคโทนิค ก็จะส่งผลให้พื้นที่เดิมที่เคยเป็นทะเล เกิดการยกตัวเป็นเทือกเขาสูงขึ้น การเปลี่ยนลักษณะของเปลือกโลก อาจจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วหรือฉับพลัน อาทิ การเปลี่ยนลักษณะพร้อมกับการเกิดแผ่นดินไหว เปลือกโลกมีการแตกหักและเคลื่อนตัวอย่างรวดเร็ว การเกิดระเบิดภูเขาไฟ อาจทำให้เกิดลักษณะภูมิประเทศที่แปรเปลี่ยนไปของเปลือกโลก การเปลี่ยนลักษณะของเปลือกโลกอย่างช้าๆ จะเกิดขึ้นพร้อมๆ กับการเคลื่อนที่ของเพลทต่างๆ ทำให้เกิดเทือกเขาคดโค้งและก่อตัวสูงขึ้นอย่างช้าๆ เป็นต้น

ในกรณีของ การเปลี่ยนลักษณะของหิน (Rock Deformation) จะต้องทำความเข้าใจกับแรง 2 ชนิด ที่กระทำต่อตัวหิน ตามที่ได้กล่าวมาข้างต้นว่า การเคลื่อนที่ของเพลททำให้เกิดแรงดันมหาศาล เปลือกโลกตลอดจนหินแข็งจะมีแรงมากระทำต่อตัวมัน หินที่อยู่ระดับความลึกจะอยู่ภายใต้แรงกดดันจำนวนหนึ่ง คล้าย ๆ กับนักดำน้ำจะอยู่ภายใต้แรงกดดัน ยิ่งอยู่ลึกหรือดำลึกลงไป แรงดันก็จะเพิ่มขึ้น เช่นเดียวกันกับในตัวหิน เมื่อหินไม่สามารถทนต่อแรงที่มากระทำ ก็จะทำให้เกิดการเปลี่ยนลักษณะของหิน

แรงที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนลักษณะหรือแปรรูปของหิน ได้แก่ แรงเค้น (Stress) และ แรงเครียด (Strain)

1. แรงเค้น (Stress)
แรงเค้น หมายถึง แรงที่กระทำต่อตัวหิน ปกติแรงเค้นที่กระทำต่อตัวหินจะไม่เท่ากันทุกทิศทาง สามารถแยกแรงเค้นได้เป็น 3 ชนิด คือ (รูปที่ 15.1)
(1) แรงบีบอัด (Compresional Stress)
(2) แรงดึง (Tensional Stress)
(3) แรงเฉือน (Shear Stress)

เราสามารถทำความเข้าใจแรงทั้ง 3 ชนิด โดยเปรียบเทียบด้วยการเอาก้อนดินเหนียววางไว้บนมือ และถ้าเรา
(1) บีบอัดก้อนดินเหนียวด้วยฝ่ามือทั้ง 2 ข้าง แรงที่เกิดจากการบีบอัดของฝ่ามือทั้ง 2 ข้าง คือ แรงบีบอัด
(2) ดึงก้อนดินเหนียวออกจากกันด้วยมือทั้ง 2 ข้าง แรงที่เกิดจากการดึงยืดออกจากกัน คือ แรงดึง
(3) กดและเลื่อนฝ่ามือ 2 ข้าง สวนทางดันบนก้อนดินเหนียว แรงที่เกิดขึ้น คือ แรงเฉือน

รูปที่ 15.1 แรงบีบอัด แรงดึง และแรงเฉือน
รูปที่ 15.1 แรงบีบอัด แรงดึง และแรงเฉือน

2. แรงเครียด (Strain)
แรงเครียด หมายถึง การตอบสนองของหินต่อแรงเค้นที่มากระทำต่อตัวมัน การตอบสนองจะออกมาในรูปของการเปลี่ยนแปลงในรูปร่าง (Shape) และการเปลี่ยนแปลงในปริมาตร (Volume) ส่งผลให้หินมีการเปลี่ยนลักษณะ (Deformation)

การประพฤติตัวของหิน เมื่อมีแรงเค้นมากระทำ สามารถทำความเข้าใจเปรียบเทียบได้กับแรงเค้นที่กระทำต่อขดลวดสปริง เริ่มต้นถ้าเราออกแรงดึงเบาๆ (เปรียบเทียบการใส่แรงดึง, Tensional Stress) ขดลวดสปริงก็จะยืดตัวออก และเมื่อเราเลิกดึงและปล่อย ขดลวดสปริงก็จะหดกลับสู่สภาพเดิม ถ้าเราออกแรงกดเบาๆ (เปรียบเทียบการใส่แรงบีบอัด, Compressional Stress) ขดลวดสปริงก็จะหดตัวเข้าไป เมื่อเลิกบีบอัด ขดลวดสปริงก็จะยืดกลับสู่สภาพเดิม การยืดหดของขดลวดสปริงดังกล่าว ประพฤติตัวในลักษณะ การเปลี่ยนลักษณะแบบยืดหยุ่น (Elastic Deformation) ในอีกกรณีหนึ่ง ถ้าเราออกแรงดึงขดลวดสปริงเต็มที่ ลวดสปริงจะยืดออกเต็มที่และถึงจุดหนึ่ง ลวดสปริงนั้นจะไม่คืนกลับสภาพเดิม จะยืดยาวอยู่ตามแรงดึงที่เราใส่เข้าไป ถึงแม้เราเลิกดึงขดลวดนั้นแล้ว ลวดสปริงก็จะไม่หดกลับคืน การประพฤติตัวนี้จะเป็น การเปลี่ยนลักษณะแบบยืด (Ductile Deformation) ในกรณีสุดท้าย ถ้าเราออกแรงดึงขดลวดสปริงมากๆ (เปรียบเทียบได้กับกรณีดึงยางรัดเต็มที่ ยางรัดจะยืดออกและขาดในที่สุด) ขดลวดสปริงนั้นก็จะฉีกขาด แตกหักเช่นกัน การประพฤติตัวของลวดสปริงในกรณีนี้ เป็น การเปลี่ยนลักษณะแบบแตกหัก (Brittle Deformation)

กล่าวโดยสรุป Strain ซึ่งหมายถึง การตอบสนองของหินต่อ Stress ที่มากระทำ สามารถแบ่งประเภทได้เป็น (1) Elastic Deformation วัตถุจะสามารถคืนรูปได้ ถ้าแรงที่มากระทำหมดไป (2) Ductile Deformation และ (3) Brittle Deformation ซึ่งวัตถุจะไม่สามารถคืนรูปได้ ถึงแม้ว่าแรงที่มากระทำจะหมดหรือหยุดแล้วก็ตาม อาจเรียกรวมกันว่า Plastic Deformation (การเปลี่ยนลักษณะแบบพลาสติก)

ถ้าพิจารณาแรงเค้นและแรงเครียดที่เกิดขึ้นในตัวหิน หินก็จะประพฤติตัวคล้ายๆ กับกรณีเปรียบเทียบในขดลวดสปริง โดยมีปัจจัยสำคัญที่เกี่ยวข้อง คือ ชนิดของแรงเค้น (Stress) ที่มากระทำ อุณหภูมิ ระยะเวลาและอัตราของแรงเค้นที่กระทำ ตลอดจนคุณสมบัติของหินเอง ซึ่งปัจจัยเหล่านี้จะส่งผลต่อการเปลี่ยนลักษณะของหิน (Deformation) ว่าจะเป็นลักษณะไหนอย่างไร ในกรณีที่มีแรงเค้นมากระทำต่อตัวหินอย่างต่อเนื่อง และเกิน Elastic Limit หินก็จะตอบสนองหรือประพฤติตัวใน 2 ลักษณะ กล่าวคือ
(1) ยืด (Ductile) และเกิดการโค้งงอ (Folding)
(2) แตกหัก (Brittle)


การแปรรูปหรือการเปลี่ยนลักษณะของหิน (Deformation) จะส่งผลทำให้เกิดเป็นโครงสร้างธรณีหลาย ๆ รูปแบบที่บันทึกอยู่ในตัวหิน โครงสร้างธรณีเหล่านี้ นักธรณีวิทยาใช้ในการศึกษาเพื่อตรวจสอบและใช้ในการอธิบายถึงประวัติ ขนาด และทิศทางของแรงต่าง ๆ ที่มากระทำต่อตัวหินหรือเปลือกโลกในบริเวณนั้น ๆ

โครงสร้างธรณีที่สำคัญที่เป็นผลจากการเปลี่ยนลักษณะของหิน เนื่องมาจากแรงเค้นและแรงเครียดที่มากระทำต่อตัวหินหรือเปลือกโลก ได้แก่ (1) Folds (ลักษณะโค้งงอ) (2) Faults (รอยเลื่อน) และ (3) Joints (รอยแตก)

1. Folds (ลักษณะโค้งงอ)
ชั้นหินสามารถโค้งงอได้ในหลายรูปแบบ เมื่อถูกแรงบีบอัด (Compressional Stress) และตัวหินเกิดการเปลี่ยนลักษณะแบบพลาสติก (Plastic Deformation) ลักษณะโค้งงอนี้ อาจจะมีขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่มาก สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ (รูปที่ 15.2)

(1) Syncline (โค้งรูปประทุนหงาย) มีลักษณะเป็นชั้นหินที่โค้งตัวเหมือนเอาประทุนเรือมาวางหงาย ชั้นหินที่อยู่บริเวณใจกลางของโค้งประทุนหงาย จะมีอายุอ่อนที่สุด
(2) Anticline (โค้งรูปประทุนคว่ำ) มีลักษณะเป็นชั้นหินที่โค้งเหมือนเอาประทุนเรือมาวางคว่ำ ชั้นหินที่อยู่บริเวณใจกลางของโค้งประทุนคว่ำ จะมีอายุแก่ที่สุด

 

รูปที่ 15.2 Syncline และ Anticline

รูปที่ 15.2 Syncline และ Anticline

รูปที่ 15.2 Syncline และ Anticlineรูปที่ 15.2 Syncline และ Anticline

รูปที่ 15.2 Syncline และ Anticlineรูปที่ 15.2 Syncline และ Anticline
รูปที่ 15.2 Syncline และ Anticline

2. Faults (รอยเลื่อน)
Fault หมายถึง รอยแตกในหินและมีการเลื่อนตัวของหินผ่านรอยแตกนั้นๆ เกิดขึ้นเมื่อหินไม่สามารถทนต่อแรงเค้นที่มากระทำ ทำให้เกิดการแตกหัก และมีการเลื่อนตัวของหินตามรอยแตก สามารถแยกได้เป็น 3 ประเภท โดยพิจารณาจากการเลื่อนตัวของหินตามรอยแตก

(1) Normal Fault หมายถึง รอยเลื่อนที่มีทิศทางการเคลื่อนที่เสมือนหรือไปในทิศทางตามแรงดึงดูดของโลก (รูปที่ 15.3) ถ้ากำหนดให้หินที่รองรับอยู่ด้านลางของรอยเลื่อน เป็น Foot Wall และหินที่วางตัวอยู่ด้านบนรอยเลื่อนเป็น Hanging Wall ส่วนของ Hanging Wall จะมีการเลื่อนตัวลงตามรอยเลื่อนไปในทิศทางเดียวกันกับแรงดึงดูดของโลก

 

รูปที่ 15.3 Normal Faultรูปที่ 15.3 Normal Fault
รูปที่ 15.3 Normal Fault


(2) Reverse Fault หมายถึง รอยเลื่อนที่ Hanging Wall จะเลื่อนตัวขึ้นตามรอยเลื่อนไปในทิศทางที่ตรงกันข้ามกับแรงดึงดูดของโลก (รูปที่ 15.4)
 

รูปที่ 15.4 Reverse Fault
รูปที่ 15.4 Reverse Fault

(3) Strike-slip (Transform) Fault หมายถึง รอยเลื่อนที่หินทั้ง 2 ด้านของรอยเลื่อน จะเคลื่อนที่ผ่านซึ่งกันและกันไปตามรอยเลื่อน ไม่มีการเลื่อนขึ้นหรือเลื่อนลง แต่จะเลื่อนตามแนวระนาบ (รูปที่ 15.5)
 

รูปที่ 15.5 Strike-slip (Transform) Fault
รูปที่ 15.5 Strike-slip (Transform) Fault



Fault อาจจะมีขนาดเล็กเป็นเซ็นติเมตรไปจนถึงขนาดใหญ่และยาว เป็นร้อยๆ กิโลเมตรได้ และส่งผลทำให้ลักษณะภูมิประเทศมีรูปแบบต่างๆ กัน เช่น มีหน้าผาที่สูงชัน ทางน้ำที่ตรง หรือเปลี่ยนทิศทางในลักษณะที่ฉับพลัน ในกรณีของ Normal Fault ซึ่งมักจะเกิดเป็นคู่ขนานกันไป โดยรอยเลื่อนทำมุมเอียงตรงข้ามกัน ทำให้ส่วนที่อยู่ตรงกลางของรอยเลื่อนทั้งสอง มีลักษณะเป็น Hanging Wall และเลื่อนลง (รูปที่ 15.6) ทำให้เกิดภูมิประเทศในลักษณะเป็นแอ่ง (Basin) ซึ่งจะพัฒนาเป็นแอ่งสะสมตัวของตะกอน มีทางน้ำไหลผ่าน ทำให้มีความอุดมสมบูรณ์ และมักจะเป็นที่ตั้งของชุมชนใหญ่ต่อไป แอ่งสะสมตะกอนใหญ่ๆ ของประเทศ อาทิ แอ่งเชียงใหม่ (Chiang Mai Basin) แอ่งลำปาง (Lampang Basin) ก็เกิดและเป็นผลของ Normal Fault ขนาดใหญ่ดังกล่าว
 

รูปที่ 15.6 Normal Fault และแอ่งสะสมตะกอน
รูปที่ 15.6 Normal Fault และแอ่งสะสมตะกอน

หลักฐานและร่องรอยที่สำคัญที่บ่งชี้ให้ทราบว่า รอยแตกในหินนั้น เป็นรอยเลื่อน (Fault) หรือรอยแตกธรรมดา ก็คือ ตามพื้นผิวของรอยเลื่อน จะมีผิวหน้าราบเรียบและมีร่องของการครูดเป็น ริ้วลายขนาน (Striations) ไปตามทิศทางการเคลื่อนที่ของหิน นักธรณีเรียกพื้นผิวรอยเลื่อนที่มีลักษณะดังกล่าวว่า หน้ารอยไถล (Slickenside Surface) นอกจากนั้น บริเวณที่เกิดรอยเลื่อน มักจะพบหินกรวดเหลี่ยม (Breccia) ซึ่งเป็นผลจากการที่เมื่อหินมีการแตกหักและเลื่อนตัว ผ่านซึ่งกันและกัน จะบดอัด ทำให้กลายเป็นหินกรวดเหลี่ยม มีทั้งขนาดเล็กและใหญ่คละกันไป หินกรวดเหลี่ยมนี้จะช่วยบอกว่ามีการเลื่อนตัวของหิน แต่ไม่สามารถบอกทิศทางการเคลื่อนที่ได้

Fault และ Fold เป็นโครงสร้างธรณีที่มักเกิดร่วมกันในหินที่มีการแปร เปลี่ยนลักษณะมาก เนื่องมาจากแรงเค้นที่กระทำอย่างต่อเนื่อง โดยปกติ หินจะแปรเปลี่ยนลักษณะเป็น Fold ก่อน เมื่อแรงเค้นเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง หรือเพิ่มมากขึ้นทันทีทันใด หินก็จะแตกเกิดเป็น Fault ตามมา (รูปที่ 15.7)
 

รูปที่ 15.7 Fold และ Fault  มักจะเกิดร่วมกัน
รูปที่ 15.7 Fold และ Fault มักจะเกิดร่วมกัน

3. Joints (แนวแตก)
หินส่วนใหญ่ที่ผิวโลกจะมี Joints (แนวแตก) เกิดขึ้น เนื่องจากหินเปลือกโลกถูกแรงมากระทำ จากการเคลื่อนตัวของเปลือกโลก จึงต้องพยายามแตกตัวออกเพื่อให้หมดภาวะความกดดัน ในลักษณะของ Brittle Deformation เกิดเป็นแนวแตกในหิน แนวการวางตัวมักจะสม่ำเสมอทั้งผืนหินแถบนั้น และจะแสดงทิศทางการกระทำของแรงเค้นด้วย แนวแตกในบริเวณหนึ่งๆ อาจจะมีมากกว่าทิศทางเดียวก็ได้ เพราะการเกิดและเวลาต่างกัน

นอกจากนี้ แนวแตกอาจจะเกิดขึ้นได้ เนื่องมาจากการเย็นตัวของหินอัคนี หรือการดันแทรกตัวของหินหนืดเข้ามาในพื้นที่ ทำให้เกิดแนวแตกในหินข้างเดียว

แบบฝึกหัด

1. อธิบายความแตกต่างของ Compressional, Tensional and Shear Stress
2. อธิบายความแตกต่างของ Elastic Deformation และ Plastic (Ductile and Brittle) Deformation
3. โครงสร้างธรณีประเภท Faults, Folds บันทึกและบ่งออกอะไรให้เราทราบ


Views: 10063

Be first to comment this article

Only registered users can write comments.
Please login or register.

Powered by AkoComment Tweaked Special Edition v.1.4.6
AkoComment © Copyright 2004 by Arthur Konze - www.mamboportal.com
All right reserved

 
< ก่อนหน้า   ถัดไป >

 

Statistics

สถิติผู้เยี่ยมชม: 33795795

Who's Online

ขณะนี้มี 2 บุคคลทั่วไป ออนไลน์