Stellung des Experimentes im Rahmen tektonischer Forschung

Zusammenfassung Die Genese tektonischer Strukturen ist nicht direkt beobachtbar. Unsere einzige Arbeitsgrundlage sind die Spuren der Deformation im Fels, also das tektonische Gefüge. Im Gegensatz zu den meisten anderen naturwissenschaftlichen und technischen Fächern ist in der Tektonik ein Vergleich der Vorgänge im Experiment mit denen im Objekt im allgemeinen nicht möglich. Hieraus erklärt sich, daß das Experiment in der Tektonik bisher nur eine geringe Bedeutung erlangt hat. Jede tektonische Deutung ist aber ein Analogieschluß, bei dem Erfahrungen aus dem täglichen Leben oder die anderer Naturwissenschaften eingesetzt werden. Dieses Vorgehen muß durch ein exakteres, nämlich durch den Einsatz gezielter Experimente, abgelöst werden.Da aus dem obengenannten Grunde die Rückkopplung zwischen Experiment und Natur nur unvollkommen durchzuführen ist, besteht der Sinn tektonischer Experimente nicht darin, eine bestimmte natürliche Struktur nachzubilden, sondern darin, die Reaktionsmöglichkeiten von Festkörpern bei Deformation kennenzulernen. Experimente und Naturbeobachtung zeigen, daß es nur eine begrenzte Zahl von Reaktionsarten festen Materials bei Deformationen gibt. Diese Reaktionsarten unterscheiden sich nach der Art der Gefügeelemente, die bei der Deformation ausgebildet werden (Abb. 1). Bei den hier besprochenen Gefügeelementen handelt es sich um Trennbrüche (Spalten), Verschiebungsbrüche, Knickzonen und Normalfalten. Die Faltenachsenfläche der Knickzonen liegt einer Ebene größter Scherung etwa parallel, die der Normalfalten senkrecht zur Richtung größter Einengung.Die einzelnen Gefügeelemente treten in verschiedenen räumlichen Anordnungen auf, die als Gefügetypen bezeichnet werden. Die folgenden Ausführungen beschränken sich auf Gefügetypen mit rhombischer und monokliner Symmetrie.Die Abb. 1 stellt einen Ausschnitt aus einem System der Gefügetypen dar, in dem die einzelnen Gefügetypen entsprechend ihrer gegenseitigen Verwandtschaft angeordnet sind. Dieses System erlaubt es uns, die bisherigen tektonischen Experimente zu ordnen und auf Lücken unserer experimentellen Erfahrung hinzuweisen.

---

Because the formation of tectonic structures cannot be observed directly, the study of such structures is restricted to an investigation of the traces of deformation within the rock itself, i.e. the tectonic fabric. In contrast to most other fields of research in science and technology the study of tectonics does not allow a direct comparison between experimental and natural processes, and for this reason, experimentation has until now played only a minor role in tectonic research. All tectonic interpretations, however, are based on analogies with observations made in everyday life or phenomena in related scientific fields. Clearly this procedure should be replaced by more accurate methods, which include objective experiments.Since the link between experiment and nature is at best incomplete, the goal of tectonic experimentation is not to simulate specific natural structures, but to investigate the different ways by which solids may react to deformations. Experiments and observations show that solid material may undergo only a limited number of such reactions. These reactions differ due to the form of fabric elements formed during deformation (Fig. 1).The discussion below is restricted to the following fabric elements: tension fissures, faults, kink-bands, and normal folds. The axial plane of kink-bands nearly parallels the plane of maximum shearing strain. The axial plane of normal folds is normal to the direction of maximum shortening.The various fabric elements are found in different spatial arrangements called fabric types. The discussion below is restricted to fabric types with orthorhombic and monoclinic symmetry.Fig. 1 illustrates part of a fabric type system in which the different fabric types are arranged according to their reciprocal relationship. This system allows the ordering of previous tectonic experiments and indicates the gaps in our experimental knowledge.

---

Résumé La genèse des structures tectoniques n'est pas directement observable. Nos seules bases de travail sont les traces de la déformation dans les roches, autrement dit la texture tectonique. A l'opposé de la plupart des autres branches des sciences naturelles et des branches techniques, on ne peut généralement pas comparer, en tectonique, les processus fournis par l'expérimentation avec ceux qui en font l'objet. Ce qui explique que jusqu'à présent, l'expérimentation en tectonique n'a eu qu'une portée médiocre. Chaque interprétation tectonique est en fait liée à une finalité analogique tirée de comportements dans la vie quotidienne ou dans d'autres sciences naturelles. Ce procédé doit faire place à un autre, plus exact, principalement par la mise en oeuvre d'expériences bien orientées.Comme, pour les raisons citées plus haut, le couplage entre l'expérimentation et la nature ne peut être réalisé que de façon imparfaite, il faut que le sens de l'expérimentation tectonique consiste, non pas à reproduire une structure naturelle donnée, mais à reconnaître quelles sont les possibilités de réaction des corps solides à la déformation. L'expérimentation et l'observation de la nature montrent que les modalités réactionelles des matériaux solides vis-à-vis de la déformation existent seulement en nombre limité. Ces modalités différent selon les éléments structuraux impliqués dans la déformation. Les éléments texturaux discutés ici sont les fissures, les plans de glissement, les zones en chevron et les plis normaux. Le plan axial des zones en chevrons es parallèle à un plan de fort cisaillement; celui des plis normaux est perpendiculaire à la direction de plus grand resserrement.Chacun des éléments texturaux répond à différentes dispositions spatiales dont la signification est celle de types texturaux. Les déductions qui suivent se limitent à des types texturaux à symétrie rhombique et monoclinique.La fig. 1 représente une coupe dans un système de types texturaux dans lequel chacun de ceux-ci a été rangé conformément à leur parenté réciproque. Ce système nous permet de mettre de l'ordre dans les expériences tectoniques poursuivies jusqu'à ce jour, et de mettre en évidence les lacunes dans notre pratique expérimentale.

---

. , . , , , , , , . . .. , , . , .. . , , . , . , (. 1). (), , . , — . , . . . 1 , . .

---

---

Aus dem SFB 77 - Felsmechanik - Karlsruhe.

---

Die Untersuchungen über Gefügetypen im Gelände und im Experiment wurden dankenswerterweise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, seit 1970 im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Felsmechanik, unterstützt. Meinen Mitarbeitern, Herrn Dipl.-Phys. H.Mischke, Herrn Dipl.-Ing.Klaus Müller und Herrn Dr. G.Schäfer danke ich für ihre Hilfe bei der Abfassung des Manuskriptes.