زمین شناسی نوین

برای تهیه یک نقشه و یا تحلیل زمین شناسی و ساختاری یک منطقه باید مشخصات و موقعیت ساختارهای صفحه ای و خطی آن منطقه برداشت شود. زمین شناسان نمی توانند بدون دانستن چگونگی استفاده از کمپاس برای بدست آوردن اطلاعات ساختاری و تشخیص مرز واحد های ساختاری، یک نقشه مفید تولید کرده و یا اطلاعات مفید بدست آورند. بنابراین ما نیاز داریم که چگونگی اندازه گیری ساختار های خطی و صفحه ای را برای تمام انواع ساختمان ها مثل عناصر رسوبی و ساختمانی و مرز های سنگ چینه ای نقشه ها، بدانیم. یک کمپاس دارای کارآیی های فراوانی است که تعدادی از مهمترین این کاربردها در زیر توضیح داده می شود:

● اندازه گیری موقعیت ساختار های خطی
● اندازه گیری زاویه پیچ برای عناصر خطی
● اندازه گیری زوایای قائم، ارتفاع و فاصله
● اندازه گیری ضخامت حقیقی لایه ها
● اندازه گیری موقعیت صفحات
● بدست آوردن موقعیت یک خط مابین دو نقطه
● اندازه گیری موقعیت یک صفحه با تکنیک دو خط
● تعیین دو نقطه هم ارتفاع
● تعیین موقعیت با استفاده از کمپاس و نقشه

◄ تعاریف:
وضعیت ساختارهای خطی و صفحه ای دارای دو مشخصه اصلی است: راستا و میل. "راستا" زاویه افقی بین یک خط و راستای مشخص است ( شمال یا جنوب ). یک "خط" یا تصویر افقی یک ساختار خطی شیبدار است یا یک خط افقی روی یک صفحه شیبدار.
میل: یک مشخصه عددی است یعنی فقط یک عدد است ( مثل 045o یا N45oE). زاویه میل به عبارت دیگر زاویه قائم بین ساختار خطی یا صفحه ای و سطح افق است. به صورت قرار دادی زوایه میل را از افق به سمت پایین حساب می کنند یعنی ما زاویه یک ساختار نسبت به افق را به سمت پایین حساب می کنیم نه بالا، خصوصا وقتی که داده ها را بر روی نیمکره پایینی شبکه استریونت وارد می کنیم ( بلورشناسان از نیمکره بالایی نیز برای بلور ها استفاده می کنند). میل یک بردار است یعنی دارای دو مولفه می باشد: یک مقدارمیل (زاویه زیر سطح افق)و یک سمت میل(جهتی که ساختار صفحه ای به آن طرف شیب دارد مثل 30o NW ) این در وضعیت عمومی است و دو مولفه یعنی راستا و میل در عناصر خطی و صفحه ای معانی متفاوتی پیدا می کنند. برای ساختار های صفحه ای مانند لایه بندی ) مرز های لایه ها )، گسل، فولیاسیون و عناصر صفحه ای، روند و میل به امتداد و شیب تبدیل می شوند که امتداد یک کمیت عددی و شیب یک کمیت برداری است.
امتداد: موقعیت یک خط افقی بر روی صفحه حاوی آن است. چون امتداد راستای یک خط افقی است می توان راستای هر یک از دو سمت آن را قرائت کرد. بنابراین 000o و 180oامتداد های مشابه هستند.
شیب: تمایل یک صفحه شیبدار است. برای ساختار های خطی مانند یک خط لولا، محور یا خطوارگی، ما از روند (trend) و میل (plunge) برای نشان دادن راستا و شیب استفاده می کنیم. شایان ذکر است که صفحات افقی فاقد هر گونه امتدادی هستند زیرا آنها خط افق را در طول یک خط قطع نمی کنند.
روند: راستای یک ساختار خطی است در جهتی که آن ساختار به آن سمت شیب دارد. میل، مقدار شیب آن ساختار خطی است. برای مثال 30 ، 060 به این صورت هم نوشته می شود 30 N60oE که روند و میل را مشخص می کند نشان دهنده خطی است که دارای میل 30 درجه و روند 060 است.
شایان ذکر است که خطوط قائم روند خاصی ندارد و روند یک ساختار خطی غیر افقی می بایست از یک مرجع (مثل شمال) به سمتی که خط میل دارد خوانده شود. بنابراین روندهای 000 و 180 درجه برای ساختار های خطی یکسان نیستند (تفاوت روند و امتداد). ساختار های خطی همچنین با زاویه پیچ (pitch) آن روی یک صفحه مشخص نیز تعریف می شود. روند هر خط در یک صفحه قائم از امتداد آن صفحه طبعیت می کند.

زاویه پیچ: زاویه حاده ای است که خط با امتداد صفحه ای که در آن قرار گرفته است می سازد. برای مثال یک پیچ 40SW ( به صورت 40 درجه از جنوب غرب خوانده می شود) به این معنی است که خط دارای زاویه پیچ 40 درجه از ( نه به سمت ) جنوب غرب انتهای جنوب غربی خط امتداد صفحه ای است که خط در آن قرار گرفته است. لازم به ذکر است که زاویه پیچ عموما یک زاویه قائم یا افقی نیست مگر برای صفحات افقی و قائمی که حاوی عناصر خطی باشند. زاویه پیچ یک جایگزین برای روند و میل است، اگرچه گاهی تنها راه مفید برای اندازه گیری صحیح مشخصات یک خط است، بویژه زمانی که خط دارای میل زیادی است.

◄ روش های برداشت اطلاعات بوسیله کمپاس:
برای برداشت اطلاعات بوسیله یک کمپاس دو روش عمده وجود دارد:

1 ) روش مستقیم: در این روش بدنه کمپاس مستقیما با ساختار مورد نظر تماس داشته و اطلاعات دقیق برداشت می شود.

2 ) روش غیر مستقیم: در این روش کمپاس با ساختار مورد نظر فاصله دارد و اطلاعات از راه دور برداشت می شود. به این روش نشانه روی می گویند، یعنی کاربر کمپاس بوسیله کمپاس به سمت سوژه مورد نظر نشانه رفته و اطلاعات مورد نظر خود را برداشت می کند. در این روش با توجه به موقعیت قرارگیری سوژه نسبت به کاربر از دو روش نشانه روی استفاده می شود:

الف ) روش نشانه روی کمری:
این روش برای نشانه روی و برداشت اطلاعات نقاطی که بالاتر از کاربر هستند ( یعنی نقاطی که در ارتفاع بیشتری قرار دارند) استفاده می شود. در این روش کمپاس را در کف دست قرار داده و در حالیکه درپوش حاوی آینه نزدیک به بدن ما قرار دارد، تصویر شیء مورد نظر را در داخل آینه یافته و آن را با خط محور آینه و شکاف بازوی نشانه روی منطبق می کنیم و تراز کروی (چشم گاوی) را تنظیم کرده و اطلاعات مورد نظر خود را می خوانیم.


طریقه در دست گرفتن کمپاس در نشانه روی کمری
ب) روش نشانه روی چشمی:
این روش برای سوژه هایی که هم ارتفاع یا پایین تر از کاربر قرار دارند کاربرد دارد. در این روش ابتدا بازوی نشانه روی را در امتداد بدنه کمپاس قرار داده و زائده انتهایی را بر بازو عمود می کنیم. درپوش کمپاس را در حالتی می گیریم که با بدنه آن زاویه 30 تا 40 درجه بسازد ( زاویه ای که بتوان از آینه صفحه مدرج را دید). حال کمپاس را روی دست گرفته و به سمت شیء نشانه می رویم، در حالیکه از روزنه دید به پنجره نشانه روی روی آینه و شیء نشانه رفته ایم،پس از حصول اطمینان از تراز بودن تراز کروی، اطلاعات مورد نظر را می خوانیم. هرچه دست کشیده تر باشد اطلاعات برداشت شده صحیح تر خواهد بود.


در صورتیکه شیء مورد نظر در ارتفاع پایین تری نسبت به کاربر قرار گرفته باشد، می توان بازوی نشانه روی را به عنوان پایه در زیر درپوش کمپاس قرار داده و از شکاف بازو به پنجره نشانه روی و شیء نگریست و پس از تراز کردن تراز کروی، اطلاعات مورد نظر را برداشت نمود.


◄ اندازه گیری موقعیت ساختار های خطی:

اندازه گیری روند و میل:
اگر ساختار خطی پایین تر از خط دید ما قرار گرفته باشد، بازوی نشانه روی و در پوش کمپاس را باز کرده و شکاف بلند بازو را موازی با ساختار خطی می گیریم. اگر ساختار خطی بالاتر از سر ما قرار داشت ( مثلا روی لایه ای در بالای سرمان) زیر ساختار ایستاده و ساختار خطی را با خط سیاه محور آینه درپوش کمپاس در یک ردیف قرار می دهیم. در هر دو حالت کمپاس را بوسیله تراز کروی ( تراز چشم گاوی) تراز می کنیم. اگر ساختار خطی دارای میل بود تنها یکی از جهات عقربه ( شمالی یا جنوبی) روند صحیح ساختار خطی را نشان می دهد.

نکته: عموما بسیاری از زمین شناسان مبتدی دچار اشتباه در خواندن روند صحیح می شوند. برخی افراد عادت دارند که تنها جهت شمالی ( به رنگ سفید) عقربه کمپاس را بخوانند و یا برعکس، که این باعث اشتباه شایع در خواندن روند ساختار خطی می شود. هنگام استفاده از کمپاس برانتون باید فاقد حساسیت نسبت به جهت خاص باشیم و تنها جهت عقربه ای که راستای صحیح میل خط را نشان می دهد بخوانیم ( جهتی که خط به سمت پایین شیب دارد، نه بالا). بنابراین زمانی که مشخصات یک خط را می خوانیم همیشه تنها روند یکی از جهات عقربه کمپاس صحیح است.
برای مشخص کردن جهت صحیح، ما باید از جهات جغرافیایی محلی ، یعنی از جهت شمال یا جنوب در صحرا در هر لحظه آگاه باشیم. برای مثال، اگر ساختار خطی ای را که به سمت جنوب (جنوب یا جایی در ربع جنوب غربی یا جنوب شرقی) میل دارد اندازه گیری می کنیم، باید روند عقربه ای را که یکی از این جهات جنوبی را نشان می دهد بخوانیم ( مثلا 120o یا S60o E) نه جهات مقابل آن در سمت شمال ( 300o یا N60oW ) را که بوسیله جهت دیگر عقربه نمایش داده می شود. پس برای یک خط روند های 120o و 300oمعادل یکدیگر نیستند و تنها یکی از جهات صحیح است ( در این مثال 120o یا S60o E). جهت صحیح روند ممکن است با جهت سفید عقربه و یا جهت سیاه آن نشان داده شود. رنگ عقربه منوط به چگونگی در دست گرفتن کمپاس (بازوی متحرک در نزدیک بدن و یا مقابل) و جهت دید ما در صحرا ( به سمت شمال یا جنوب) می باشد. بنابراین برای احتراز از خطاهای رایج، مهم نیست که کمپاس را چگونه در دست گرفته اید و یا به چه سمتی ایستاده اید، تنها بدانید که شمال یا جنوب جغرافیایی در موقعیتی که ایستاده اید کجاست و از خودتان این سئوال را بپرسید: خط به کدام سمت پایین می رود ( یعنی میل دارد) ؟ اگر به سمت شمال میل دارد، عقربه ای را که سمت شمال یا شمال شرقی یا شمال غربی را نشان می دهد (سفید یا سیاه) بخوانید نه جهت مقابل آن را. این راحت ترین و کاربردی ترین راه برای اندازه گیری صحیح یک خط است. البته اگر یک ساختار خطی میل نداشته باشد ( یک حالت ویژه)، می توان آزادانه هر کدام از جهات سفید یا سیاه عقربه را قرائت کرد، زیرا خط افقی است (هر دو جهت مشابه است.)

مثال: ما قله یک ریپل مارک که تقریبا روندی به سمت شمال دارد را اندازه می گیریم ( ما در صحرا جهت شمال را می دانیم زیرا کمپاس داریم!). قله ریپل مارک دارای میل است و روی لایه بندی که خود دارای شیب است قرار گرفته است. بازوی نشانه روی کمپاس را با قله ریپل مارک در یک راستا قرار داده و روندی را که یکی از جهات شمالی یا جنوبی عقربه ( سفید یا سیاه) که به شمال نزدیک تر است نشان می دهد، می خوانیم. بنابراین اگر جهت سیاه عقربه N20oW را مشخص کند و جهت سفید آن S20oE ، ما باید جهت سیاه عقربه را بخوانیم. اشتباها تصور نکنید که جهت سفید عقربه شمال را به شما می دهد و شما باید آن را بخوانید که این اشتباه رایجی است.

◄ اندازه گیری زاویه پیچ برای عناصر خطی:
چنانچه ساختار خطی مورد نظر دارای میل تندی بود بهتر است به جای روند و میل از زاویه پیچ استفاده شود. اندازه گیری زاویه پیچ تنها در حالتی ممکن است که ساختار خطی بر روی یک سطح فیزیکی قرار گرفته باشد. برای مثال اگر دسته ای از خش لغزهای مایل بر روی سطح یک گسل وجود داشته باشد، این خش لغزها را به این صورت اندازه گیری می کنیم. ابتدا صفحه ای را که حاوی ساختار های خطی است اندازه گیری می کنیم( یعنی گسل). سپس زاویه پیچ خش لغزها روی صفحه گسل را به طریقه زیر اندازه می گیریم. یک حلقه کروی برجسته در پشت کمپاس برانتون وجود دارد که برای اندازه گیری زاویه پیچ طراحی شده است. در و بازوی کمپاس را کاملا باز کرده و لبه در و بدنه آن را با ساختار خطی مورد نظر در یک ردیف قرار می دهیم تا زمانیکه حلقه پشت کمپاس به سطح گسل مماس شود. اگر شیب سنج استوانه ای در این حالت تراز نشد به آرامی بدنه کمپاس را حرکت داده و اندکی شیب سنج را می چرخانیم و بدنه کمپاس را به محل اولیه بر می گردانیم تا زمانیکه لبه با خط تراز شود. اگر شیب سنج تراز نشد، این مرحله را چندین بار تکرار می کنیم تا زمانی که شیب سنج لبه کمپاس را به موازات خش لغز تراز نماید و حلقه زیر کمپاس به طور کامل به روی صفحه گسل خوابیده باشد. در این حالت عدد روی صفحه مدرج شیب سنج را که نشانگر شیب سنج مقابل آن ایستاده است می خوانیم. این روش یک فرایند آزمون و خطا برای بدست آوردن زاویه پیچ است و برای کسب مهارت نیاز به تمرین و ممارست دارد.

◄ اندازه گیری زوایای قائم، ارتفاع و فاصله:
برای اندازه گیری زوایای قائم، درپوش را خم کرده و کمپاس را همانگونه که برای اندازه گیری میل ساختار های خطی شرح داده شد یعنی با شیب سنج استفاده می کنیم. زاویه قائم (q ) می تواند برای محاسبه ارتفاع (h ) یک جسم یا شیء (مثل دیوار، برج و قله کوه) با استفاده از فرمول h = x tan q مورد استفاده قرار گیرد، البته باید فاصله (x ) با جسم را بدانیم.
همچنین می توانیم از توابع مثلثاتی برای محاسبه فاصله افقی (x) از نقطه A تا یک جسم در نقطه B به این صورت استفاده نمائیم. از نقطه A به نقطه C می رویم به طوریکه خط AC عمود بر خط AB می باشد. این کار را می توان به کمک کمپاس با بدست آوردن زاویه 90 درجه از خط AB انجام داد. با پیمایش (pacing) فاصله AC را 10 متر تعیین می کنیم( البته اگر اندازه قدم هایمان را بدانیم). زاویه C به B را می خوانیم. کم کردن این دو زاویه از هم زاویه b بین AB و CB را مشخص می کند. حال ما یک مثلت قائم الزاویه ABC داریم که AC = 10m و AB = x است و زاویه b نیز مشخص است. حال از معادله زیر برای بدست آوردن مقدار x به متر استفاده می کنیم:

tan b = AC/AB = 10m/x