Determinazione dell'orientamento spaziale degli strati rocciosi con la bussola Brunton

Fonte: Laboratorio di Alan Lester - Università del Colorado Boulder

La maggior parte delle unità rocciose presenta una qualche forma di superfici piane o caratteristiche lineari. Gli esempi includono superfici di lettiera, faglia, frattura e articolazione e varie forme di foliazione e allineamento minerale. L'orientamento spaziale di queste caratteristiche costituisce i dati grezzi critici utilizzati per vincolare i modelli che affrontano l'origine e la successiva deformazione delle unità rocciose.

Sebbene ora siano passati oltre 100 anni dalla sua invenzione e introduzione, la bussola brunton(Figura 1)rimane uno strumento centrale nell'arsenale di attrezzature da campo del geologo moderno. È ancora lo strumento principale utilizzato per generare dati di campo riguardanti l'orientamento geometrico delle superfici rocciose planari o delle caratteristiche lineari della roccia. Queste misure di orientamento sono indicate come strike and dip e forniscono i dati fondamentali per la creazione di mappe geologiche. Inoltre, la bussola Brunton può anche funzionare come bussola tradizionale per esercizi di localizzazione e triangolazione. Infine, può anche servire come transito tascabile per misurare le elevazioni angolari.

Figura 1. La bussola brunton.

La maggior parte degli strati rocciosi (stratificazione sedimentaria, stratificazione ignea o bande metamorfiche / foliazione) possono essere descritti come una superficie piana nello spazio. Come tale, la superficie ha una deviazione angolare dall'orizzontale compresa tra 0 ° e 90 °. Questa deviazione angolare è nota come "immersione" (Figura 2). Tutte le superfici rocciose che hanno un'immersione superiore a 0° hanno un'intersezione lineare con un piano orizzontale immaginario e la direzione della bussola di tale intersezione lineare (la linea formata dall'intersezione dello strato di roccia e di un piano orizzontale) è indicata come "strike" (Figura 3).

Per determinare l'attacco e l'immersione di una superficie rocciosa, la bussola Brunton deve essere adeguatamente preparata e quindi allineata con la superficie da valutare.

Figura 2. L'immersione, o deviazione dall'orizzontale, di una caratteristica geologica.

Figura 3. Lo sciopero, o deviazione da Nord, di una caratteristica geologica.

1. Preparazione

1. Controllare il movimento libero dell'ago. Verificare che l'ago sia senza controllo se tenuto sul piano orizzontale. Alcune bussole hanno pulsanti di restrizione che tengono l'ago in posizione e, se presenti, controllare che spingendo il limitatore non si muova l'ago.
2. Controlla la centrata e la continuità della "bolla dell'occhio di bue". Questa bolla è una delle due bolle di livellamento e viene utilizzata per determinare l'orizzontalità della bussola. L'altra bolla viene utilizzata per le misurazioni dell'inclinazione.
3. Verificare la corretta impostazione della declinazione magnetica. Poiché i poli magnetici e geografici della terra non sono coincidenti, per valutare con precisione le direzioni della bussola (rispetto al vero Nord) il perno di declinazione deve essere impostato sulla declinazione magnetica corretta per il luogo di utilizzo.

2. Stabilire una superficie rappresentativa adeguata per la misurazione

1. Sul campo, un geologo deve stabilire superfici rappresentative adeguate per la misurazione. L'idea è quella di approssimare l'orientamento generale della caratteristica da valutare (lettiera, giunzione, foliazione, ecc.) in questa particolare posizione. Uno dei modi più semplici per farlo è posizionare un quaderno o un appunti sulla roccia in questo orientamento medio e rappresentativo.
   In una dimostrazione di laboratorio, qualsiasi superficie piana può essere utilizzata come superficie rappresentativa (una tavola / modello su una scrivania o un elemento architettonico di un edificio).

3. Imposta la bussola sulla superficie

1. Successivamente, lo spigolo inferiore della bussola Brunton è impostato sulla superficie, in modo tale che l'intero bordo sia a filo con la superficie.

4. Centra la "Bolla dell'occhio di bue"

1. Senza togliere alcuna parte di questo bordo dalla superficie (un errore comune) la bussola Brunton viene ruotata fino a quando la "bolla dell'occhio di bue" è centrata.

5. Leggi l'orientamento Azimith o Misura strike

1. Centrando la bolla dell'occhio di bue, la bussola Brunton si allinea sul piano orizzontale, e questo consente di leggere l'orientamento azimitale della linea formata dall'intersezione della superficie rocciosa e dell'orizzontale,cioè la definizione di "colpo".
   Nota: per convenzione lo sciopero viene misurato nel quadrante settentrionale. Ad esempio, una direzione di S30degE (30° a est del dovuto Sud) sarebbe segnalata come N30W.

6. Misura Dip

1. Il passo finale è misurare il tuffo. Questo viene misurato perpendicolarmente alla direzione di attacco ed è definito come la deviazione angolare della superficie dall'orizzontale. Ad esempio, uno strato roccioso orientato quasi verticalmente potrebbe avere una magnitudine di immersione di 85SE, indicando che la superficie si sta immergendo di 85 ° dall'orizzontale, in direzione sud-est.
   Nota: la direzione di immersione è data in senso generale (NE, SE, SW, NW) perché la sua direzione esatta è sempre a 90° dallo sciopero.

Un insieme di dati di attacco e immersione per uno strato roccioso non immerso ha un intervallo di valori. La precisione di una singola misurazione è, ovviamente, legata agli errori meccanici della bussola e all'esperienza dell'utente della bussola. L'accuratezza dell'analisi finale dipende dall'uniformità della superficie naturale (molti strati rocciosi nominalmente "piatti" hanno un certo grado di ondulazioni superficiali intrinseche) e dal numero di misurazioni totali effettuate.

I dati strike e dip vengono inizialmente registrati in quaderni da campo, quindi trasferiti in forma tabulata e infine su mappe geologiche (Figura 4). Tutte le mappe geologiche mostrano i confini tra le unità rocciose e i dati di strike and dip (simboli a barre e bastoni) forniscono la componente tridimensionale, descrivendo l'orientamento spaziale di ciascuna unità rocciosa.

Strike and dip of bedding, il tipo più comune di dati sull'orientamento della roccia, viene mostrato in una posizione specifica con simboli come quelli qui sotto.

Oltre allo sciopero e all'immersione della lettiera, ci sono molti altri tipi di caratteristiche di roccia planari e / o lineari che hanno colpi e immersioni e alcuni di questi sono mostrati nella Figura 5.

Figura 4. Colpisci e tuffa la biancheria da letto su una mappa. Strike and dip of bedding, il tipo più comune di dati sull'orientamento della roccia, viene mostrato in una posizione specifica con simboli come quelli qui sotto.

Figura 5. Tasto mappa Strike e dip. Chiave della mappa per le caratteristiche planari e/o rocciose che dimostrano lo sciopero e l'immersione.

I geologi si sforzano di comprendere la terra in quattro dimensioni. L'obiettivo è interpretare la struttura delle rocce in superficie, nel sottosuolo e nel tempo. Le informazioni strike and dip generate dalla brunton compass sono il punto di partenza con cui i geologi realizzano mappe geologiche, e quindi quelle mappe possono essere utilizzate per realizzare diagrammi di sezione trasversale, mostrando le strutture nel sottosuolo (Figura 6).

Comprendere le strutture rocciose nelle tre dimensioni spaziali e anche attraverso il tempo fornisce una finestra sull'evoluzione fisica del nostro pianeta. Inoltre, questo tipo di conoscenza è fondamentale per molte applicazioni industriali ed economiche. Un esempio è l'identificazione di orditi rocciosi, dove gli strati sono stati piegati in cupole o strutture pieghevoli chiamate anticline – ed è all'apice di queste strutture che il petrolio e il gas spesso raccolgono.

Figura 6. Sezione trasversale geologica. Le sezioni trasversali geologiche sono rappresentazioni della geologia sotterranea. La linea (D-D') sulla mappa è la linea lungo la quale è stata disegnata la sezione trasversale. Anticline, sincronie e guasti possono essere visti in sezioni trasversali.