Original paper

Das Fundamentale Kluftsystem

[The Fundamental Joint System]

Bock, Helmut

Kurzfassung

Das "orthogonale Kluftsystem" kann als das "Grundmuster" des in Sedimentgesteinen und Magmatiten entwickelten Kluftsystems angesehen werden. Es wird daher auch gerne als das "fundamentale Kluftsystem" bezeichnet. Ein wichtiges Kennzeichen dieses Kluftsystems ist die ungleiche morphologische Entwicklung seiner beiden Kluftscharen mit straffer geregelten, relativ weit durchstreichenden Hauptklüften und stärker streuenden, häufiger absetzenden Nebenklüften. Oberflächenstrukturen auf Kluftflächen sowie eine ganz bestimmte räumliche Anordnung von Haupt- und Nebenklüften belegen den Trennbruchcharakter des Fundamentalen Kluftsystems. Es wird ein mechanisches Modell zur Genese des Fundamentalen Kluftsystems vorgestellt. Danach stand die größte Hauptnormalspannung sigma1 normal zu den Schichtflächen bzw. Lagerklüften, d.h. sie war in ruhig gelagerten Sedimentgesteinen annähernd vertikal gerichtet. Die entscheidende Kontrolle zur gerichteten Anlage der Hauptklüfte ging jedoch von der sigma3-Richtung und der Existenz ungleich großer sigma2 und sigma3 aus. Geologische Vorgänge, die zu unterschiedlich großen, wenn auch mitunter zu nur geringfügig verschiedenen Beträgen von sigma2 und sigma3 führen können, werden diskutiert. Dabei kommt neben "echt" tektonischen Spannungen den durch Schweregleitung induzierten, in ihrem Betrag nur sehr untergeordneten horizontalen Spannungen eine besondere Bedeutung zu. Es wird aufgezeigt, daß in verschiedenen Bereichen eines Sedimentbeckens mit unterschiedlichen Hauptkluftrichtungen gerechnet werden kann. In weiten Teilen des Beckens, das Beckentiefste eingeschlossen, wären danach die Hauptklüfte normal zur, am Beckenrand dagegen parallel zur Beckenachse gerichtet. Als eigentlicher "Motor" der Genese des Fundamentalen Kluftsystems müssen dem geologischen Körper innewohnende Kräfte verantwortlich gemacht werden. Es können dies Kräfte sein, die mit Volumenschwund (Entwässerung, Abkühlung), Porenwasserüberdrücken oder, allerdings nur im untergeordnetem Maße, mit einer Erweiterung des angebotenen Raumes infolge epirogenetischen Aufstieges einhergehen.

Abstract

The "orthogonal joint System" can be considered as the "basic joint pattern" of both sedimentary and magmatic rocks. For this reason, it is also termed "fundamental joint System". An important characteristic of this joint System is the different morphology of its two joint sets; relatively regularly orientated master joints are more continuous than the relatively scattering and less developed cross joints. Plumose structures on their surfaces and a distinct pattern, made up by the master and cross joints, prove the extensional nature of the fundamental joint System. A model is outlined which describes the mechanical conditions at the genesis of the fundamental joint System. This model puts the direction of the major principal stress sigma 1 normal to the bedding planes which means that in undisturbed sedimentary rocks this direction is almost vertical. However, the controlling factors for the genesis of the joints and for their orientation in particular directions are both the sigma3-direction and the fact that sigma3 is unequal to sigma2. The question is asked which particular geological processes could account for sigma2 =/ sigma3. Besides "true" tectonic stresses, special consideration are given to possible rather small horizontal Stresses, as induced by gravitational creep and slip. It is outlined that in different areas of a sedimentary basin differently orientated fundamental joint Systems can be expected. In most of its areas, particularly in its inner zones, the master joints will be orientated normal to the axis of the basin, whereas at the rim they will tend to align with the axis of the basin. The actual "motor" for the genesis of the fundamental joint system is forces which are inherent in the geologic body. These forces can be due to shrinkage (dewatering, cooling), excess porewater pressure and volume increase by epirogenetic uplift.

Keywords

Theorygenesisjointjoint Systemorthogonal orientationmechanicssedimentary rockigneous rock