Einige Beobachtungen und Überlegungen zur Kluftentstehung in Sedimentgesteinen

Zusammenfassung Ruhig gelagerte Sedimentgesteine eignen sich im besonderen Maße für grundsätzliche Untersuchungen zur Kluftentstehung. Die Klüftung erreicht nämlich ihre größte Regelmäßigkeit und Vollendung in Gebieten mit nahezu horizontal liegenden Sedimentgesteinen, in denen andere tektonische Strukturen kaum oder überhaupt nicht auftreten (Secor, 1965: 634).In den untersuchten, annähernd horizontal gelagerten, geschichteten Sedimentgesteinen Südwestdeutschlands sind zwei Kluftscharen entwickelt, die normal zueinander sowie normal zu den Schichtflächen stehen. Die Kluftscharen sind hinsichtlich Streuung, Rauhigkeit, Kluftabstand und Durchtrennungsgrad ungleichwertig entwickelt. Diese ungleiche Entwicklung läßt sich sowohl in den kompetenten (Kalk-, Sandsteine) als auch in den inkompetenten (Mergel, Tonstein) Schichten beobachten.Mit Hilfe experimenteller und rechnerischer Untersuchungen wird versucht, eine mechanisch sinnvolle Erklärung des geologischen Sachverhaltes zu finden. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Tatsache, daß das Gebirge hinsichtlich der in ihm entwickelten Klüfte als ein inhomogener, geschichteter Körper anzusehen ist. Es läßt sich zeigen, daß die beobachteten natürlichen und künstlichen Kluftsysteme am besten erklärt werden können, wenn die größte Hauptnormalspannung als vertikal gerichtet angenommen wird. Entscheidend für die gerichtete Anlage der Kluftstrukturen sind (zum Teil nur geringfügige) Betragsdifferenzen der zwei horizontal gerichteten kleineren Normalspannungen.

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Smoothly layered sedimentary rocks are particularly suited for fundamental investigations on joint generation, because jointing reaches its ultimate regularity and perfection in areas of near-horizontal sedimentary strata where other types of structural deformation are scare or absent (Secor, 1965: 634).The near-horizontal, stratified sedimentary rocks of southwest-Germany are investigated where two joint sets are developed in a position approximately normal to each other and normal to the bedding planes. The joint sets are nonsimilar in variance of joint orientation, asperities, joint spacing, and degree of separation. This nonsimilar development of the joint sets can be observed in competent layers (limestones, sandstones) as well as in incompetent ones (marls, claystones).It is attempted to find a mechanically efficient interpretation of the observed joint system by means of arithmetical and experimental investigations. It is important hereby that due to its jointing the rock mass has the property of an inhomogeneous, layered body. It can be shown, that the natural joint systems are in agreement with the artificially produced fracture pattern only in the case, when the major principal stress is in vertical direction. Partly only small differences in magnitude between the horizontally directed intermediate and minor princjpal stresses are decisive for the systematic arrangement of the joints.

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Résumé Les roches sédimentaires en gisement calme se prêtent particulièrement bien à des recherches sur la genèse des diaclases. Ce système de joints atteint en effet sa «régularité et sa perfection les plus grandes dans les régions à roches sédimentaires horizontales ou presque, dans lesquelles d'autres structures tectoniques n'apparaissent pas ou guère» (Secor, 1965: 634).Dans les roches sédimentaires presqu'horizontales étudiées en Allemagne du Sud, deux groupes de diaclases parallèles se sont développés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre ainsi que par rapport aux plans de stratification. Ces groupes de diaclases parallèles se sont développés inégalement quant à leur dispersion, leur rugosité, leur écartement et leur ouverture. Ce développement inégal peut s'observer à la fois dans les couches «compétentes» (calcaires, grès) et dans les couches «incompétentes» (marnes, argilites).A l'aide de calculs et de recherches expérimentales, on a tenté de trouver une explication mécaniquement plausible de ce comportement géologique. Le rôle essentiel joué dans ce cas est celui de la chaîne qui doit être considérée du point de vue des diaclases comme un corps stratifié non homogène. On peut montrer que les systèmes naturels et artificiels de diaclases observés peuvent le mieux s'expliquer si l'on accepte que la contrainte normale principale la plus forte est orientée verticalement. Des différences (en partie même faibles) entre les deux contraintes normales mineures orientées horizontalement sont décisives pour l'orientation structurale des systèmes de diaclases.

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