Rakennegeologinen tutkimus ja rakenteiden kolmiulotteisuus

1. Mitä rakennegeologia on ja mihin sitä tarvitaan?

Rakennegeologia tutkii kallioperän geologisia rakenteita ja niiden kolmiulotteista esiintymistä kallioperässä. Kivissä esiintyviä rakenteita ovat esimerkiksi siirrokset, raot, poimut, lineaatiot ja liuskeisuus. Rakenteet muodostuvat litosfäärilaattojen liikkeistä johtuvien kallioperän heterogeenisten jännitystilojen seurauksena. Kallioperän jännitystila aiheuttaa kivien alkuperäisten rakenteiden muuttumista eli kivet deformoituvat. Rakenteita esiintyy monessa mittakaavassa vaihdellen millimetrin kokoisista useiden kilometrien laajuisiin rakenteisiin. Tarkasteltavana saattaa siis olla yksittäisestä kivestä tehty ohuthie, laaja kallioalue tai vaikkapa usean eri valtion alueelle ulottuva vuorijono. Geometrisen analyysin lisäksi, rakennegeologisen tutkimuksen avulla voidaan selvittää tietyn alueen kallioperän rakenne-evoluutiota. Yhdistelemällä eri alueista saatua tietoa, voidaan selvittää laajemmin maankuoren syntyä ja kehitystä.

Rakennegeologisessa tutkimuksessa käytetään apuna monenlaisia aineistoja kuten karttoja, ilmakuvia, kairausnäytteitä, geofysikaalisia aineistoja, kentällä tehtäviä havaintoja ja rakenteiden mittauksia. Kallioperän rakenteet on otettava huomioon mm. rakentamisessa ja luonnonvarojen hyödyntämisessä. Etenkin kallioperän rakoilu ja siirrokset ovat tärkeitä tekijöitä kalliorakentamisessa, koska kiven lujuusominaisuudet riippuvat siitä kuinka paljon ja kuinka tiheästi rakoja on. Rakojen ja siirrosten esiintyminen  kallioperässä vaikuttaa myös pohjaveden virtaamiseen, koska voimakkaasti rakoilevassa kalliossa vesi liikkuu rakoja pitkin helpommin.  Monet kallioperän rakenteet vaikuttavat öljy- ja malmimuodostumien syntyyn ja niiden esiintymiseen.

 

2. Kallioperän rakenteet ovat kolmiulotteisia

On tärkeää pitää mielessä, että kallioperän rakenteet ovat aina kolmiulotteisia, vaikka kalliopaljastumalla useimmiten nähdäänkin kaksiulotteinen leike rakenteista. Erilaisista leikkauksista eli tarkastelupinnoista johtuen rakenteet saattavat joskus näyttää hyvin erilaisilta kuin ne todellisuudessa ovat (kuva 1).

Tarkastelemalla arkipäiväisiä esineitä eri suunnista voi huomata helposti, kuinka katselu suunta vaikuttaa siihen miltä ne näyttävät eri suunnista. Esimerkiksi juomalasi ja lautanen näyttävät suoraan ylhäältä katsottuina ympyröiltä ja edestä sivusuunnasta katsottuina juomalasi näyttää ylhäältä levenevältä suorakulmiolta ja lautanen linssinmuotoiselta. Kynä näyttää pöydällä ylhäältä katsottuna viivalta ja sivulta katsottuna katselusuunnasta riippuen joko viivalta tai terän suunnasta katsottuna pisteeltä (kuva 2).

Eri muotoiset esineet voivat eri suunnista katsottuina näyttää hyvinkin erilaisilta. Siksi kallioperän rakenteita tarkastellessa on pyrittävä löytämään leikkaus, josta rakenne pystytään tunnistamaan sekä rakenteen asento kallioperässä päättelemään. Kallioperän rakenteiden tarkastelua vaikeuttaa niiden sijainti kiinteässä läpinäkymättömässä kivessä.

Kallioperän rakenteet voidaan ajatella tasomaisina, viivamaisina tai edellä mainittujen elementtien yhdistelmänä. Suurin osa rakenteista on tasomaisia, vaikka kalliopaljastumalla rakenne näyttäisikin viivamaiselta. Rakenteita on siis ajateltava kolmiulotteisena kallioperän syvyyksiin jatkuvina, vaikkemme niitä pystyisi näkemäänkään. Tasomaisia rakenteita ovat mm. sedimenttikivien kerroksellisuus, kallioperän raot ja liuskeisuus. Viivamaisia rakenteita ovat esimerkiksi erilaiset lineaatiot ja poimurakenteen kuvitteellinen poimuakseli.

 

Lähteet

Billings, M. P. 1972: Structural Geology. Prentice-Hall, Inc, Englewood Cliffs, New Jersey, 606 s.

Kilpeläinen, T. 2009 ja 2010: Rakennegeologian luennot. Turun yliopisto, Maantieteen ja geologian laitos.

Marshak, S. 2005: Earth: portait of a planet. W. W. Norton & Company, Inc. New York ja Lontoo.

McClay, K. R. 1987: The Mapping of Geological Structures. Open University Press. England. 161 s.

Skyttä, P. ja Kilpeläinen, T. 2015: Rakennegeologian peruskäsitteitä ja -menetelmiä. Kurssimoniste. Helsingin yliopisto, Geologian osasto ja Turun yliopisto, Maantieteen ja geologian laitos.

Van der Pluijm, B. A. 2004: Earth structure: an introduction to structural geology and tectonics. W.W. Norton & Company, Inc. New York. 656 s.