»  نوع پوسته(Crust)   : پـوسـتـه ایــــران  پوسته ای است اقیانوسی قاره‌ای که بصورت پراکنده دیده می‌شود . سنگهای اقیانوسی نشانگر محل برخورد لیتوسفرهای قاره‌ای و بالارانش(upduction) پوسته اقیانوسی هستند . از دیدگاه زمین ساختی پوسته ایران پوسته‌ای است قاره‌ای که بر روی گوشته‌ای ناپایدار قرار گرفته است . در واقع حاصل تجمع قطعات پوسته‌های قاره‌ای متفاوت است که حدفاصل این قطعات لیتوسفری قاره‌ای پوسته اقیانوسی شکل گرفته است . از نظر سنی قدیمی‌ترین سنگهای یافت شده در پوسته ایران 1.4 میلیارد سال سن دارد . که مربوط به سنگهای دگرگونی است . سنگهای سازند کهر ، چاپدونی ، سنگهای دگرگونی ناحیه شورم سنگهای ناحیه کلمرد ، قدیمی‌ترین سنگهای ایران را تشکیل می‌دهند . در ناحیه شمال سبزوار ، شمال تربت حیدریه ، بخشهای شمالی و شمال غربی گناباد ، جنوب بیرجند ، شمال بندرعباس ، ناحیه صحنه و کنگاور ، بخشهای نزدیک ده‌شیر ، بصورت پراکنده در حاشیه ارتفاعات زاگرس ، ناحیه میناب ، جازموریان ، بشاگرد و در جنوب شرق ایران ، همچنین قره‌داغ در شمال غرب ایران ، مناطقی هستند که آثار پوسته اقیانوسی دیده می‌شود که اصطلاحا به آن  افیولیت ملانژ  گفته می‌شود . وجود پوسته اقیانوسی بصورت پراکنده در بخشهای مختلف ایران نشانگر آن است که در یک دوره زمانی خاص پوسته ایران تحت تاثیر کشش بوده، به شکلی که باعث شده قطعات لیتوسفری قاره‌ای از هم فاصله بگیرند و پوسته اقیانوسی در بین آنها شکل گیرند .تغییر رژیم تکتونیکی منجر به از بین رفتن نیروهای کششی شده و عملکرد ورقه‌های لیتوسفری حاشیه فلات ایران از جمله و‌رقه عربستان ، شبه قاره هند ، فلات توران ، منجر به شکل گیری رژیم فشاری گردیده است که منجر به بالارانش (upduction) و در بخشهایی فرورانش (subduction) ورقه اقیانوسی شده که افیولیت ملانژها را بوجود می‌آورد . بررسی نقشه عمقی موهو در ایران نشانگر ضخیم بودن پوسته در ناحیه زاگرس با ضخامت تقریبی 55 کیلومتر و نازک بودن پوسته در ناحیه سیرجان با عمق 20 کیلومتر می‌باشد (ساحل مکران 28 کیلومتر ، ناحیه البرز 30-35 کیلومتر ، شرق ایران 45 کیلومتر ، کویر لوت 35 کیلومتر ، دشت خوزستان 30-35 کیلومتر ، شمال تنگه هرمز 32 کیلومتر ) . مطالعه نقشه آنومالی گرانی در بخشهای مختلف ایران نشانگر اختلاف زیاد از نظر جرم در پوسته است . در کویر لوت آنومالی 50+ میلی‌گال و در حاشیه دریای عمان کاهش آنومالی تا حد 45- میلی‌گال وجود دارد ، که نشانگر فرورانش یک بخش سنگین به درون زمین است .

نوع پوسته بستگى کامل به سرشت فیزیکوشیمیایى آن دارد. در ایران، پوسته  از دو نوع قاره‎اى((Continental و اقیانوسى((Oceanic است که به صورت نوار و یا قطعات نامتجانس در کنار یکدیگر قرار گرفته‎اند. از همین‎رو نوروزى (1972)، دیویى و همکاران (1973)، پوسته ایران را مجموعه‎اى از خردقاره‎هاى ((Micro – Plates به هم پیوسته می‎دانند. از میان دو نوع پوسته گفته شده، پوسته قاره‎اى سهم بیشترى دارد، به گونه‎اى که بخش اعظم پوسته از نوع قاره‎اى است و از حدود 20 میلیون سال پیش تاکنون، در یک رژیم زمین‎ساختى فشارى، ستبرشدگى و کوتاه‎ شدگى بر آن تحمیل شده است. با این وجود، بستر دریاى عمان از نوع پوسته اقیانوسى است که با سرعت 8/4 سانتی‎متر در سال به زیر مکران کشیده می‎شود (لوپیشون، 1968) و یا، در بستر دریاى خزر، یک پوسته قدیمى اقیانوسى وجود دارد که به طور شیب‎دار به زیر بخش شمالى (البرز) کشیده شده است (گالپرین و همکاران، 1962 – بربریان و کینگ، 1981 )جدا از پوسته‎هاى اقیانوسى در جا (Authochton) بستر عمان و خزر، مجموعه‎هاى افیولیتى موجود در امتداد پاره‎اى از گسل‎هاى عمده ایران نیز نوعى پوسته اقیانوسى نابرجا((Allochton  هستند که به دلیل بسته شدن اشتقاق‎هاى درون قاره‎اى، به روى پوسته قاره‎اى رانده شده‎اند و رخنمون آنها، محل تقریبى مرز قاره‎هاى کهن را ترسیم می‎کند.

»  ضخامت پوسته : از نقشه گرانی‎سنجى موهو، تهیه شده توسط دهقانى و ماکریس (1983)،  قابل تفسیر است. بر اساس این نقشه، در زیرراندگى اصلى زاگرس (زاگرس مرتفع)، بی‎هنجاری‎هاى ثقلى به حداقل (230 ± میلی‎گال) می‎رسد و در این ناحیه، پوسته ایران با 50 تا 55 کیلومتر ضخامت، بیشترین ستبرا را دارد. ولى، به سوى جنوب باختر، ناپیوستگى موهو (Moho)  در ژرفاى 40 کیلومتر است، از این رو به نظر می‎رسد که در زاگرس، پوسته از شمال خاور به جنوب باختر نازک می‎شود. اشنایدر و برزنجى (1986) نیز نشان دادند که در کمربند چین‎خورده زاگرس، ناپیوستگى موهو، به سمت شمال خاورى، حدود یک درجه شیب  دارد و  در ژرفاى  40 کیلومتر است. ولى، در نزدیکى راندگى اصلى زاگرس ناپیوستگى موهو 5 درجه شیب دارد و در ژرفاى 65-58  کیلومتر است. در خاور ایران هم پوسته به نسبت ستبرى به ضخامت 40 تا 48 کیلومتر، قابل شناسایى است. در امتداد ساحل دریاى عمان پوسته با ستبراى 25 کیلومتر نازک‎ترین بخش از پوسته ایران است. در مرز شمالى ایران به سمت دریاى خزر، رشته کوه‎‎هاى البرز ریشه‎اى نشان نمی‎دهد و ضخامتى کمتر از 35 کیلومتر دارد. از سوى دیگر، در فرونشست‎هاى لوت و کویر، پوسته قاره‎اى با ضخامت کمتر از 40 کیلومتر، در تعادل ایزوستازى (Isostatic equilibrium)  است. در کمان ماگمایى ارومیه –  بزمان، ضخامت پوسته 45 تا 50  کیلومتر است و در جنوب باخترى زون سنندج – سیرجان ضخامت پوسته به حدود 60 کیلومتر می‎رسد.

داده‎هاى گوناگون نشان می‎دهند که میانگین ستبراى پوسته قاره‎اى در ایران، حدود 40  کیلومتر است . اگرچه افزایش ضخامت پوسته در سنندج – سیرجان و زاگرس مرتفع به رانده شدن ورق ایران مرکزى به روى ورق عربستان و تکرار موهو نسبت داده شده است، ولى با توجه به الگوى ساختارى ایران، دیده می‎شود که افزایش ضخامت پوسته به طور عمده در محل تقریبى برخورد ورق‎ها است.  از همین‎رو دهقانى و ماکریس، ضخیم شدگى پوسته زاگرس مرتفع و سنندج – سیرجان را حاصل فرآیند فشارشى وابسته به بازشدن دریاى سرخ می‎دانند و بر این باورند که در این منطقه، دگرشکلى بیشتر در اثر راندگى و جابجایى سفره‎هاى رانده است و برخورد بین ورق‎ ایران و زاگرس از نوع قاره – قاره است و در حال حاضر هیچ‎گونه فرورانشى در زیر منطقه راندگى زاگرس وجود ندارد. در کمان ماگمایى ارومیه – بزمان نیز علوى (1994) افزایش حدود 5 تا 10 کیلومتر ضخامت پوسته را به فعالیت ماگمایى و گسلش راندگى نسبت می‎دهد. در کوه‎هاى خاور ایران هم، برخورد ورق‎هاى لوت و افغان می‎تواند در ستبر شدگى پوسته نقش داشته باشد.

»  ایزوستازى پوسته : نقشه بی‎هنجارى هم‎ایستایى ایران که بر پایه انگاره تعدیل شده آیرى Airy hypothesis تهیه شده است نشان می‎دهد که چگالى بلندی‎ها 67/2، چگالى میانگین پوسته 75/2، چگالى ریشه کوه‎ها 85/2، چگالى گوشته بالایى 35/3 گرم بر سانتیمتر  مکعب و ضخامت عادى پوسته 30 کیلومتر است (دهقانى و ماکریس، 1983).

در نواحى بزرگى از ایران همچون لوت، فرونشست‎هاى کویر و همچنین رشته کوه‎هاى خـاور ایران و بخش وسیعـى از کوه‎ زاگرس، بی‎هنجاری‎هـاى هم‎ایستایى بین صفــر تا 10± میلی‎گال و حاکى از تعادل هم‎ایستایى کامل این مناطق است.

در نواحى بزرگى از ایران همچون لوت، فرونشست‎هاى کویر و همچنین رشته کوه‎هاى خـاور ایران و بخش وسیعـى از کوه‎ زاگرس، بی‎هنجاری‎هـاى هم‎ایستایى بین صفــر تا 10± میلی‎گال و حاکى از تعادل هم‎ایستایى کامل این مناطق است.

آشفتگی‎هاى هم‎ایستایى، بیشتر در منطقه خوزستان، ساحل دریاى مازندران و مرز میان رشته کوه زاگرس و پهنه مکران دیده می‎شود. در راندگى اصلى زاگرس، هر چند که مقادیر ایزوستازى بسیار کم است، ولى هنوز به حالت جبــران‎ نرسیده است. رشته کوه‎های‎ البـرز، فراتر از حالت جبران است و هیچ ریشه‎اى در زیر آن وجود ندارد که به نظر دهقانى و ماکریس، به احتمال زیاد حاصل سفره‎هاى رورانده نابرجاست. حوضه خزر جنوبى، آنومال ثقلى شدید (100- تا 250- میلی‎گال) دارد که نشانه نبود تعادل ایزوستازى است.محاسبات زون شاین و لوپیشون (1986) نشان داده است که در حال حاضر، در حدود یک تا دو کیلومتر از فرونشینى زمین‎ساختى در آن جبران نشده و این امر ممکن است ناشى از نیروهاى فشارشى باشد که در 6  میلیون سال گذشته این ناحیه را تحت تأثیر می‎داشته است.

**در این مطلب چند نمونه سنگ دگرگونی معرفی شده است**

کوارتزیت Quartzites

نوعی سنگ دگرگونی بسیار متراکم با درصد کوارتز بسیار زیاد است که بر اثر دگرگونی سنگهای رسوبی پرکوارتز مانند ماسه  سنگها، کنگلومراهای کوارتزدار، چرت و ... به وجود می‌آید. فشردگی زیاد کانی‌های سازنده این سنگ و وجود سیمان سیلسی بسیار محکم در بین ذرات سازنده‌ی سنگ موجب می‌شود که در هنگام شکستن دانه‌ها نیز بشکنند و لبه‌های تیزی درسنگ ایجاد شود به دلیل همین خاصیت در گذشته‌های دور قطعات تیز کوارتزیت به عنوان ابزاری برای دفاع و شکار مورد استفاده بشراولیه قرار می‌گرفته است.

علاوه بر کوارتز کانیهای دیگری چون میکا، فلدسپات‌، گارنت و ... نیز می‌توانند در این نوع سنگ وجود داشته باشند که البته بستگی به مواد ناخالص موجود در سنگ مادر دارد. مثلاً اگر جنس سیمان سنگ رسوبی که کوارتزیت از دگرگونی آن ایجاد شده است آهک باشد پس از دگرگونی، کانی‌های کلسیت و یا دولومیت در سنگ خواهند شد.

رنگ کوارتزیت به رنگ ماسه‌سنگ و یا سنگ مادر آن بستگی دارد و معمولا بین سفید تا خاکستری متغیر است. این سنگ در دگرگونی مجاورتی و یا ناحیه‌ای بوجود آمده و گاه نیز ممکن است حاصل متاسوماتیت باشد. ( کوارتزیت‌های ناشی از دگرگونی ناحیه‌ای دارای تورق می‌باشند)  

در مجموعه‌های ‌دگرگونی واقع در شرق ماسوله - ساغند یزد - شاندر من - اسالم - مجموعه‌ی چابدونی و به شور در یزد سنگ‌های کوارتریتی قابل رؤیت هستند.

شیست Schiste

شیست‌ها سنگ‌های دگرگونی متورقی هستند که کانی‌های آن با چشمغیرمسلح قابل تشخیصند و بنابراین درجه‌ی دگرگونی آنها ازاسیلیت‌ها و فیلیت‌ها بیشتر است. وجود شیستوزیته و یا لینه آسیون از مشخصات اساسی این سنگهاست. شیست‌ها از فراوان‌ترین سنگ‌های دگرگونی به شمار می‌روند و بر اساس فراوانی نوع کانی‌های برتر محتوی آن‌ها نامگذاری می‌شوند ( مانند میکا - شیست - کلرید شیست - گارنت شیست - تالک شیست و ..... )

شیست‌ها می‌توانند از دگرگونی انواع متفاوت سنگ‌ها و رسوبات از جمله رسوبات رسی ، سنگ‌های کربناته ، سنگ‌های نیمه باز یک - باز یک و اولترابازیک در محیط‌های آبدار و خشک بوجود آیند.

برخی از شیست‌ها در اثر فرایند متاسوماتیسم و تاثیر محلول‌های هیدروترمال بر روی سنگ‌های منیزیوم دارای چون بازالت‌ها در حرارت‌های پایین شکل می‌گیرند.

شیست‌ها در دگرگونی‌های ناحیه‌ای ، تدفینی و هیدروترمال بوجود می‌آیند.

نوعی از شیست‌ به نام شیست آبی در اثر دگرگونی گریواکه‌ها ، بازالت‌های زیر دریایی و سنگ‌های سری افیولیتی که همگی با گودال‌های اقیانوسی در ارتباط هستند بوجود می‌آید. در این نوع شیست حضور کانی‌های فشار بالا و چگال ، معرف شرایط و فشار زیاد و حرارت کم حاکم بر محیط تشکیل آنهاست.

میکاشیت

در دگرگونی‌های ناحیه‌ای در اثر دگرگون شدن سنگهای رسی میکاشیتها به وجود می‌آیند. کوارتز و میکاروکانی اصلی سازنده‌ی آنها هستند که با چشم غیر مسلح نیز قابل تشخیصند. کانی میکا که به وفور در این سنگها دیده می‌شود عمدتاً در امتداد سطح تورق قرار گرفته است. این امر موجب تورق آسان سنگ می‌شود. مسکویت(میکای سفید) مشخص کننده‌ی دگرگونی این سنگ‌ها، در درجه‌ی ضعیف تا متوسط است و با افزایش درجه دگرگونی بیوتیت(میکای سیاه) در این سنگها ظاهر می‌گردد. در تمامی میکاشیتها، کانی فلدسپات به صورت دانه‌های ریز وجود دارد. گاهی بر اثر تغییر و تبدیل میکاشیت‌ها پلیتی گرانیت به وجود می‌آید.

در بسیاری مواقع میکاشیت‌ها حاوی مقادیر زیادی گارنت هستند.

در بسیاری از مناطق ایران مانند کوه سنگی در مشهد، طرقبه، دامنه کوه بینالود، زاهدان، همدان و .... میکاشیتها به وفور دیده می‌شوند.

میگماتیت

تعریف

پوکی یا تخلخل عبارت است از تمامی فضاهای خالی موجود در رسوب یا سنگ بوده که به دو صورت مطلق مفید یا موثر بیان می گردد.

ریشه لغوی

تخلخل یا پوکی در زبان فارسی به معنی فضای خالی است و معادل لاتین آن Porosity می باشد

مقدمه

پارامتر پوکی یا تخلخل در واقع مورد توجه بسیاری از علوم از جمله شاخه های بسیاری از زمین شناسی و مهندسی سازه ها بوده و هست و برای دست یابی به پارامترهای مهم دیگر بسیار حائز اهمیت می باشد. لذا اهمیت مطالعه و درک چگونگی ایجاد تخلخل و انواع آن و عوامل موثر در آن نمایان می شود.

انواع تخلخل

پوکی بر پایه زمان تشکیل به دو صورت اولیه و ثانویه بوجود می آید:
الف پوکی اولیه (Primary Porosity): شامل فضاهای خالی می باشد که در هنگام رسوبگذاری ساخته شده و به اشکال زیر ظاهر می گردد.

• پوکی بین دانه ای (interpartide): فضای خالی ایجاد شده بین دانه های تشکیل دهنده رسوب یا خاک
• پوکی درون دانه ای (Intra Particle): این نوع پوکی بیشتر در دانه های کربناته و به صورت حفره در درون اسکلت موجودات ظاهر گشته که اغلب در مراحل دیاژنز توسط سیمان پر می گردند
• پوکی پناهگاهی (Shelter): طرز قرار گیری دانه های درشت ممکن است به گونه ای باشد که فضای خالی در زیر آنها بوجود آید. مانند حفره موجود در زیر صدف یک نرم تن (دو کفه ای)
• پوکی رشد چهارچوب (Growth- Framework): اینگونه پوکی در اثر رشد موجودات زنده در محیط آبی و ایجاد فضایی در بین پیکره های آنها بوجود می آید.

ب) پوکی ثانویه (Secondry Porosity)
پوکی ثانویه به آن دسته از فضاهای خالی گفته می شود که پس از رسوبگذاری و در اثر فرآیندهای دیاژنز بوجود آمده اند.

• پوکی بین بلوری (Intra Crystalline): فضای بین بلورهای موجود در سنگ را گویند. بویژه در سنگهای کربناته که در اثر فرآیِند جانشینی دولومیت جانشین کلسیت می گردد. این جانشینی باعث کاهش حجم کانی اولیه و در نتیجه افزایش فضای خالی و پوکی می شود.
• پوکی روزنه ای (Fenestral): حفره ای است به شکل عدسی، کروی و یا نامنظم که به صورت پراکنده در اثر از دست دادن آب منفذی، تخمیر جلبکها، یا هنگام خشک شدن رسوبات بوجود می آید.
• پوکی قالبی (Moldic): در اثر انحلال بخشی از سنگ این گونه پوکی شکل گرفته که درصورتیکه بسیار بزرگ باشد به ان پوکی غاری (Cavern) گویند. این گونه پوکی اغلب در سنگهای کربناته شده می شود

• پوکی شکستگی (Fracture) در اثر شکستگی های موجود در سنگ این نوع پوکی شکل می گیرد. عواملی چند، مانند فشردگی(Compaction)، لغزش، زمین ساخت باعث بوجود آمدن آن می شود. به طور کل تخلخل اولیه با اندازه دانه ها رابطه عکس دارد یعنی هر چقدر اندازه دانه ها بزرگتر باشد تخلخل اولیه کمتر خواهد بود و را که در رسها که ریزترین دانه های رسوبی را تشکیل می دهند بیشترین تخلخل مطلق را داریم.

تخلخل یا پوکی در زمین شناسی کاربردی (زمین شناسی نفت، آبهای زیرزمینی، زمین شناسی- مهندسی و ژئوتکنیک) از اهمیت ویژه ای برخوردار است. چرا که عامل مهم ذخیره شدن نفت بالا بودن تخلخل مفید در سنگهای مخن و کم بودن آن در سنگهای پوششی مخزن است.
و در آبهای زیرزمینی عامل مهم برای حرکت آبهای زیرزمینی بالا بودن تخلخل مفید است. در مورد زمین شناسی مهندسی تخلخل زیاد کارهای مهندسی را دچار مشکل می کند و به عنوان یک عامل مزاحم تلقی می شود چرا که در یکی از سدهای ایران به نام سدلار به علت عدم توجه مهندسان زیربط به زیاد بودن تخلخل، تقریبا بلا استفاده مانده و آبگیری نمی شود.

ریشه لغوی

Sedimentologg یا رسوب شناسی نام خود را از واژه لاتین Sedimentum گرفته است که به معنای رسوب کرده است.

دید کلی

سنگهای رسوبی ، از انباشت ذرات ناشی از خرد شدن انواع سنگهای دیگر بوجود آمده‌اند. این ذرات ، معمولا به کمک نیروی گراویته ، آب ، باد و یا یخ به محل جدید خود منتقل شده و در آنجا به ترتیبی جدید نهشته می‌شوند. برای مثال ، امواجی که به ساحل صخره‌ها برخورد می‌کنند، ممکن است که از این طریق ، ذرات ریگ و شن دریا کنار دیگری را در همان نزدیکی فراهم آورند. این نهشته‌های ساحلی اگر سخت می‌شدند، سنگی رسوبی تشکیل می‌یافت. یکی از مهمترین خاصه‌های سنگهای رسوبی ، لایه بندی رسوبات تشکیل دهنده آنهاست. 

تاریخچه و سیر تحولی

• تا قبل از سال 1815 میلادی بیشتر مطالعات بر اساس چینه شناسی بود و از شکل هندسی ، تعیین ضخامت و ارتباط جانبی رسوبات با یکدیگر استفاده می‌گردید. در سال 1815 ، ویلیام اسمیت نقشه زمین شناسی انگلستان را تهیه کرد و گسترش و قرار گرفتن توالی سنگهای رسوبی منطقه را با شکل نشان داد.

• هنری سربی از سال 1859 از میکروسکوپ پلاریزان جهت مطالعه سنگهای رسوبی استفاده کرد و مقاله‌ای در سال 1879 در انجمن زمین شناسان لندن ارائه نمود که در آن اهمیت میکروسکوپ پلاریزان را در مطالعه سنگهای رسوبی بیان داشت، که این خود یکی از مهمترین پیشرفت‌های رسوب شناسی محسوب می‌شود. بر همین اساس هنری سربی به نام "پدر پتروگرافی" لقب گرفت.

• در سال 1891 برای اولین مرتبه رسوبات عهد حاضر کف دریاها بوسیله کشتی چالنجر به سطح آب آورده شد و مورد مطالعه قرار گرفت. در سال 1919 ونتورث نیز مقاله‌ای در رابطه با اندازه و گردشدگی ذرات در سنگهای آواری ارائه کرد که قدم بسیار بزرگی در تقسیم بندی اندازه ذرات بوده است.

• "گرابو" درسال 1904 مقالهای درباره طبقه‌بندی سنگها و بعدها در سال 1913 کتابی تحت عنوان "اصول چینه شناسی" نوشت که تمام مسائل رسوبگذاری تا زمان خود را در آن نیز عنوان نمود که این خود یکی از پیشرفتهای مهم در رسوب شناسی می‌باشد.

• "هنز کلوز" در سال 1938 ساختمانهای رسوبی را مورد بررسی قرار داد و از مطالعه آنها میزان انرژی محیط و همچنین جهت حرکت رسوبات از منشا به حوضه رسوبگذاری را تفسیر نمود. در سال 1942 ، "کینگ" رخساره‌های مختلف رسوبی را تعبیر و تفسیر نمود بالاخره در سال 1952 گارلز به مطالعه ژئوشیمیایی رسوبات(اختصاصات فیزیک و شیمیایی مانند PH و Eh ) پرداخت. از آن زمان به بعد نیز تحقیقات زیادی در زمینه‌های مختلف رسوب شناسی توسط محققان این رشته در سراسر جهان انجام گردیده و یا در حال انجام است.

تقسیم بندی کلی ذرات رسوبات

ذرات آواری

• ذرات آواری غیر آلی ، مانند: کوارتز و فلدسپار
• ذرات آواری آلی یا ذرات کربن‌دار|کربن‌دار ، مانند: کروژن

ذرات جامد شیمیایی و بیوشیمیایی

• خرده‌های اسکلتی
• دانه‌های غیر اسکلتی کربنات کلسیم
• کانیهای تبخیری که به طور فیزیکی حمل شده‌اند
• گلاکونیت

کاربرد رسوب شناسی

• مهمترین کاربرد رسوب شناسی در ارتباط با اکتشاف منابع طبیعی از قبیل نفت و گاز می‌باشد، در گذشته بیشتر کمپانیهای نفتی برای کشف مخازن در جستجوی تاقدیسها بودند، اما با پیشرفت زمان به این نتیجه رسیدند که علاوه بر نفتگیرهای ساختمانی ، نفتگیرهای چینه شناسی نیز از اهمیت خاصی برخوردار است.
  
  زیرا در این گونه نفتگیرها سنگهای با تخلخل و نفوذپذیری زیاد به طور جانبی و عمودی به سنگهای با نفوذپذیری کم تبدیل می‌شوند و از حرکت نفت و گاز به طرف بالا جلوگیری می‌کنند.

• یکی دیگر از کاربردهای مهم رسوب شناسی در رابطه با روش لرزه نگاری ، مطالعه طبقات رسوبی در زیر سطح زمین است. بدین وسیله می‌توان محیط رسوبی ، ارتباط جانبی طبقات و همچنین توالی عمودی رسوبات را تعبیر و تفسیر نمود.

• از مطالعات رسوب شناسی می‌توان در رابطه با کارهای اکتشافی ذغال سنگ استفاده کرد و گسترش وضعیت لایه‌های زغالی را تعبیر و تفسیر نمود.

• بعضی از کانیهای فلزی مانند سرب و روی بطور محدود در سنگهای رسوبی میزبان ، نظیر ریفها یا رسوبات جلبکی فسیل شده ، وجود دارند. بنابراین درک رسوب شناسی به اکتشاف سرب و روی در این گونه سنگها کمک فروانی می‌کند.

• اورانیوم و پلاسرهای مختلف در داخل رسوبات رودخانه‌ای قدیمه تجمع یافته‌اند، بنابراین با استفاده از مطالعات رسوب شناسی می‌توان محیط رسوبگذاری سنگهای رسوبی حاوی اورانیوم و پلاسرها را تعبیر و به اکتشاف این گونه مواد کمک فراوانی نمود.

• در رابطه با هیدروژئولوژی ، مطالعات رسوب شناسی به شناخت و چگونگی تشکیل سنگهای آبدار در محیطهای رسوبی مختلف کمک زیادی می‌نماید. لذا ، بدین وسیله می‌توان به گسترش سنگ آبدار پی برد و از حفاریهای مکرر برای یافتن آب که متحمل مخارج زیادی است، جلوگیری کرد.

مقدمه

شاید به زودى تصور متداول درباره الماسها به کلى دگرگون شود. الماسهایى که بخاطر زیبایى ، کمیاب بودن و زمان طولانى تولیدشان ارزش فوق العاده‌اى داشتند، امروزه در آزمایشگاه و در مدت زمانى حدود یک ساعت بوجود مى‌آیند. اینکه این دگرگونى چه تأثیرى در صنعت جواهرسازى یا قیمت الماسهاى طبیعى در بازار خواهد داشت هنوز در پرده‌اى از ابهام است. اما درباره نقش این الماسهاى آزمایشگاهى در تکنولوژى ، شایعه‌هایى برخاسته از مجامع علمى به گوش مى‌رسد.

بیشتر از هشتاد درصد از الماسهاى معدنى طبیعى به مصارف صنعتى از قبیل ابزارهاى برش یا مواد ساینده براى تراشکارى و پرداخت دیگر سنگهاى قیمتى ، فلزات ، گرانیت و شیشه مى‌رسند. استفاده از الماس به عنوان نیم رسانا نیز نیازمند شرایط ویژه‌اى مثل بالاترین درجه خلوص ، بهترین بلورینگى و تعیین اتمها به لحاظ الکتریکى فعال براى ایجاد گذرگاه الکتریکى در وسیله مورد نظر است.

اما تمامى الماسهاى طبیعى بخاطر نقصها ، ناخالصیها و ساختار ضعیفشان براى مصارف الکترونیکى نامناسبند. حتى با اینکه الماسهاى مصنوعى و طبیعى داراى کیفیت جواهرى بسیار ارزشمند هستند، اما ممکن است بخاطر رگه‌هاى ناچیز ناخالصیها براى استفاده به عنوان نیم رسانا مناسب نباشند. در واقع تنها خالصترین این سنگها در کاربردهاى الکترونیکى پرقدرت از سلفونها گرفته تا کامپیوترهاى شخصى و خطوط ارتباطاتى قابل استفاده‌اند.

دورنماى الماس

میزان ذخیره الماس جهان در سال 1979 بدین شرح می‌باشد. زئیر 120 ، شوروی (سابق) 250 ، آفریقای جنوبی 72 ، بوستوانا 60 ، نامیبیا 15 ، آنگولا 20 ، سیرالئون 6 و لسوتو 5 میلیون قیراط ذخیره دارند. همچنین میزان الماس تولیدی جهان در سال 1979 بدین شرح می‌باشد: زئیر 11160 ، شوروی (سابق) 10700 ، آفریقای جنوبی 7640 ، بوتسوانا 3340 ، نامیبیا 1950 ، عتا 1500 ، آنگولا 750 ، ونزوئلا 750 و سیرالئون با 710 قیراط بیشترین تولید الماس جهان را به خود اختصاص داده‌اند.

تولید الماس

الماس بطور طبیعى تحت فشارهاى زیاد اعماق زمین و در زمانى طولانى شکل مى‌گیرد. اما در آزمایشگاه مى‌توان به کمک دو فرآیند مجزا در زمانى بسیار کوتاهتر الماس تولید کرد. فرآیند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقلیدى است از فرآیند طبیعى شکل گیرى الماس در حالى که فرآیند رسوب گیرى بخار شیمیایى (CVD) دقیقاً خلاف آن عمل مى‌کند. در واقع CVD بجاى وارد کردن فشار به کربن براى تولید الماس با آزاد گذاشتن اتمهاى کربن به آنها اجازه مى‌دهد با ملحق شدن به یکدیگر به شکل الماس در آیند.

این دو تکنیک براى اولین بار در دهه 1950 کشف شدند. به گفته باتلر که هفده سال روى تولید الماس با استفاده از تکنیک CVD کار کرده است «از آنجا که پیشگامان تولید الماس بدون فشار بالا در دهه 1950 با تمسخر سایرین از میدان به در شدند. تکنولوژى CVD هنوز دوران کودکى‌اش را سپرى مى‌کند.» هر دو فرآیند قادرند با سرعتى خیره کننده الماسهایى با کیفیت جواهر تولید کنند، اما در نهایت این فرآیند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصى و اندازه محصول براى تکنولوژیهاى الکترونیکى مناسب‌ترین خواهد بود.

فرآیند CVD با قرار دادن ذره بسیار کوچکى از الماس در خلأ آغاز مى‌شود. سپس گازهاى هیدروژن و متان به محفظه خلأ جریان مى‌یابند. در ادامه پلاسماى تشکیل شده باعث شکافته شدن هیدروژن به هیدروژن اتمى مى‌شود که با متان واکنش مى‌دهد تا رادیکال متیل و اتمهاى هیدروژن بوجود آیند. رادیکال متیل نیز به ذره الماس مى‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنیک CVD ، فرآیندى خطى است، بنابراین تنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در این روش بزرگى ذره ابتدایى و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.

به گفته دیوید هلیر (D. Hellier) ، رئیس بخش بازاریابى کمپانى ژمسیس ، «فرآیند HP HT نیز با ذره کوچکى از الماس آغاز مى‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌هاى رشدى به اندازه یک ماشین لباسشویى ، تحت دما و فشار بسیار بالا درون محلولى از گرانیت و کاتالیزورى فلزى غوطه‌ور مى‌شود. در ادامه تحت شرایط کاملاً کنترل شده‌اى این الماس کوچک به تقلید از فرآیند طبیعى ، مولکول به مولکول و لایه به لایه شروع به رشد مى‌کند.»

گر چه جنرال الکتریک در تولید الماسها به این روش پیشگام است و الماسهاى ساخته شده با تکنیک HP HT را براى مصارف صنعتى به بازار عرضه مى‌کرد اما تا پیش از آنکه کمپانى ژمسیس با ساده سازى این فرآیند امکان تولید نمونه‌هایى با کیفیت جواهر را فراهم کند، هرگز آن الماسها به عنوان سنگهاى قیمتى به فروش نرسیده بودند.


در واقع الماسهاى زینتى مصنوعى بخش کوچک و در عین حال پر سودى از صنعت الماس را تشکیل مى‌دهند. این الماسهاى رنگى که در مقایسه با همتاهاى بى‌رنگ شان فوق العاده کمیاب و در نتیجه بسیار گرانبها ترند با توجه به نوع ناخالصیها در رنگهاى گوناگون از قرمز و صورتى گرفته تا آبى ، سبز و حتى زرد روشن و نارنجى تولید مى‌شوند. در واقع این الماسها مى‌توانند چنان کیفیت بالایى داشته باشند که حتى ماشینهاى ساخته شده براى تشخیص سنگهاى مصنوعى از طبیعى در تفکیکشان از یکدیگر دچار مشکل شوند، همانطور که امروزه برخى از بزرگترین الماس فروشان در صنعت نیز به زحمت از پس آن بر مى‌آیند.

شباهت فوق العاده نمونه هاى مصنوعى و طبیعى باعث شده است تا تاجران الماس براى تشخیص الماسهاى رنگى مصنوعى از سنگهاى طبیعى دست به دامن آزمایشگاههاى الماس بلژیک و دیگر نقاطى شوند که بطور سنتى عهده دار تجزیه و تحلیل و تأیید الماسها از نظر بزرگى قیراط ، رنگ و شفافیت هستند.

تشخیص الماسهای مصنوعی

آزمایشگاه آنتورپ و چند تایى دیگر در سراسر جهان براى تشخیص الماسهاى مصنوعى بطور عمده از دو نوع دستگاه استفاده مى‌کنند. در دستگاه نوع اول با تابش نور به الماس مشخصات طیفى نور جذب یا ساطع شده تجزیه و تحلیل مى‌شود. اگر نشانه‌هایى از الماس مصنوعى مشاهده شد، آزمایشگاه دستگاه دوم را بکار مى‌گیرد که این دستگاه براى آشکار ساختن ساختار درونى کریستال از نور فرابنفش استفاده مى‌کند. این دستگاهها نقصهاى موجود در الماس را حتى در مقیاس میکروسکوپى یا اتمى نیز بررسى مى‌کنند.

در واقع الماسها نیز درست مثل درختان داراى حلقه‌هاى رشدى در اطراف هسته درونى هستند. الماسهایى که در آزمایشگاه تولید یا براى تغییر رنگ دستکارى شده باشند، ساختار رشد متفاوتى از خود نشان مى‌دهند. بنابراین با اینکه آزمایشگاهها با استفاده از این دستگاهها قادر به تشخیص الماسهاى مصنوعى از طبیعى هستند اما نگرانى عمده در صنعت الماس جایى است که افراد بدون این دستگاهها توانایى تشخیص سنگهاى مصنوعى را نخواهند داشت.

الماس مصنوعی

این نوع الماس برای نخستین بار توسط گروهی از دانشمندان سوئدی در سال 1953ساخته شده است. جنرال الکتریک در سال 1954 برای اولین مرتبه با استفاده از گرافیت در فشار 50 تا 60 کیلو بار و دمای 1500 درجه سانتیگراد توانست الماس مصنوعی بسازد.
در روش جدید که توسط ژاپنیها ابداع گردیده ، بخار کربن بر روی یک صفحه سرد جمع می‌شود، ابتدا CH₄ و H₂ در میکروویو در دمای بیش از 2000 درجه سانتیگراد حرارت داده می‌شود و بخار کربن بر روی یک صفحه سرد متمرکز می‌شود.

موارد مصرف الماس

الماس دارای مصارف صنعتی و زینتی است. گر چه الماس را بیشتر به عنوان زینت بخش می‌شناسند، ولی بیش از 80 درصد آن به مصارف صنعتی می‌رسد. میزان الماس مصرفی در صنعت از 74 درصد در سال 1934 به 89 درصد در سال 1979 فزونی گرفته است. مصارف عمده الماس در صنعت جهت برش مواد بسیار سخت نظیر فولادهای آلیاژی و کاربید تنگستن ، ساییدن ، اره کردن سنگ و بتون و حفاریها بکار می‌رود.

تقسیم بندی الماسها بر اساس مصارف صنعتی

الماسها بر اساس مصارف صنعتی آنها به چهار گونه تقسیم می‌شوند:

1. الماس صنعتی که به علت شکل و رنگ آن ، مصرف زینتی ندارد.
2. الماس بورت که قطعه‌های کوچک و شکل نامناسب دارد.
3. الماس کاربونادو که مخلوطی از الماس ، گرافیت و کربن بی‌شکل (آمورف) است.
4. الماس بالاس
   
   12.5 درصد الماس تولیدی جهان به مصرف ساخت مته‌های حفاری و چاله زنی می‌سرد. 2.5 درصد دیگر هم از الماس تولیدی در ساختن ماشینهای برش و پولیش و 75 درصد دیگر به صورت پودر و یا مواد ساینده به مصرف می‌رسد. مصارف صنعتی الماس به اختصار شامل ، مته‌های الماسی ، مواد ساینده‌ها ، اره‌های الماسی ، لوازم دندانپزشکی و جراحی و دستگاههای برشی و پولیش می‌گردد.

الماس در صنعت الکترونیک

به گفته جیمز باتلر (J.Butler)، یکى از شیمیدانان محقق در آزمایشگاه تحقیقات نیروى دریایى ایالات متحده ، به لحاظ تاریخى سه مشکل عمده سر راه استفاده از الماسهاى طبیعى در کاربردهاى الکترونیکى وجود داشته است. الماسهاى طبیعى همیشه به شکل بازدارنده‌اى براى استفاده همه جانبه گران بوده‌اند و یافتن سنگهاى بزرگ با خلوص کافى نیز بسیار دشوار است. علاوه بر این هیچ دو سنگى دقیقاً شبیه هم نیستند و خواص منحصر به فرد در هر یک مى‌تواند مشکلاتى را در مدارهاى الکترونیکى به بار آورد. آخرین مشکل در استفاده از الماس براى کاربردهاى الکترونیکى و کامپیوترى نیز نیاز به دو نوع الماس یعنى سنگهاى نوع n و p براى هدایت الکترونیکى بوده است.

در دستگاههاى مجتمع باید از هر دو نوع الماس نیمه رساناى n و p استفاده کرد، اما الماسهاى نوع n بطور طبیعى وجود ندارند و الماسهاى نوع p الماس آبى ، به قدرى نادرند که هیچ راه مقرون به صرفه‌اى براى استفاده از آنها پیدا نشده است. به هر حال الماسهاى مصنوعى این مشکلات را برطرف مى‌کنند. به گفته رابرت لینارس (R. Linares) ، بنیان گذار کمپانى آپولو دیاموند براى مثال مى‌توان با افزودن ناخالصى فلز برون به الماس ، نوع P یعنى الماس آبى را تولید کرد.

بطور مشابه دانشمندان مى‌توانند با افزودن فسفر به الماسهاى بى رنگ ، الماس نوع n را نیز تولید کنند. ما براى استفاده از الماس به نوع نیمه رسانا در دستگاههاى الکترونیکى پرقدرت نیاز به ترکیبى لایه‌اى از این دو نوع الماس داریم. علاوه بر این با توجه به اینکه الماسهاى بى‌رنگ خالص در عمل بیشتر از آنکه رسانا باشند عایق هستند، مى‌توان لایه‌هایى از آنها را به این ترکیب افزود.

امروزه نیم رساناهاى بسیارى مثل سیلیکون در گستره وسیعى از دستگاههاى الکترونیکى بکار مى‌روند. اما الماس با توجه به دامنه تغییرات حرارتى و سرعت فوق العاده بیشترش ، تنها در مقایسه با خلاء است که عنوان دومین نیم رساناى برتر جهان را به خود اختصاص مى‌دهد. الماس با داشتن چنین ویژگیهایى و بخصوص امروز که آزمایشگاه قادر به تولید سنگهاى خالص و ناخالص کنترل شده‌اند، مى‌تواند پایه گذار انواع سراسر نوینى از دستگاههاى الکترونیکى پرقدرت باشد. با اینکه استفاده از الماس در صنایع الکترونیک به چند دهه دیگر واگذار شده است، اما به اعتقاد لینارس این سنگ قیمتى صنایع نیم رسانا سازى را به کلى دارد

برخى از کاربردهاى عملى الماس

• لوازم الکترونیکى ولتاژ و توان بالا مثل ترنهاى سریع السیر.
• دستگاههاى فرکانس بالا مثل رادارهاى پرقدرت و ایستگاههاى مخابراتى سلولى.
• دستگاههاى میکرو و نانو الکترو مکانیکى مثل ساعتها و فیلترهاى تلفنهاى سلولى.
• محاسبات کوانتومى مثل موارد مورد نیاز در ارتباطات امن.
• آشکارساز پرتوهاى پر انرژى مثل پرتو سنجهاى پزشکى.
• اپتیک و لیزرهاى پرقدرت مثل آنچه در کابل و خطوط تلفن یا پنجره شاتلهاى فضایى بکار می‌رود.
• الکترودهاى الماسى مقاوم به خوردگى که مى‌تواند محیطهاى آلوده را پاک کندگرگون خواهد کرد. .

به منظور تعیین مرکز یک جسم، باید یکی از ویژگیهای فیزیکی پدیده ها را بررسی کنیم که تعادل ایزوستازی نامیده می شود.


به منظور تعیین مرکز یک جسم، باید یکی از ویژگیهای فیزیکی پدیده ها را بررسی کنیم که تعادل ایزوستازی نامیده می شود.
تعادل ایزوستازی، در واقع تعادل نیروهایی است که در یک ستون مایع اعمال می شوند. در مورد حرکت زمین تعادل ایزوستازی در واقع تعادل نیروهایی است که به علت وزن توده های مجاور هم ایجاد می شوند. مثال شکل 6 از هولمز و همکاران گرفته شده و بالا آمدن یک رشته کوه و فروافتادن بستر دریا را نشان می دهد که این فرونشست در اثر وزن موادی صورت گرفته که به واسطه فرسایش از کوهها جدا شده، حمل شده و روی بستر دریا رسوب کرده اند. نمونه آن فرونشست خشکی زیر سد هوور است این سد پر از آب بود. بعد از ذوب لایه یخی در انتهای عصر یخبندان، جزایر انگلستان حدود 15 فوت بالا آمدند. شواهد محلی تغییرات سطح آب دریا و/یا فرونشست خشکیها در 2000 سال گذشته در ستونهای پوزولی ایتالیا قابل مشاهده است.
می توان از شکل 7 روابط زیر را استخراج نمود که با توجه به میانگین ارتفاع میان پوسته اقیانوسی حوضه آرام و پوسته قاره ای قاره آفریقا که حدود 8 کیلومتر است، می توان موقعیت تقریبی مرکز توده را تعیین کرد. در تمام موارد چگالی گوشته و هسته خارجی ثابت فرض شده است.
میانگین اختلاف ارتفاع میان حوضه آرام و قراه آفریقا= 8 کیلومتر
R= شعاع زمین = 6400 کیلومتر
µ پوسته= چگالی پوسته= 2.8 x 103 kg/m-3
µ گوشته= چگالی گوشته= 10.7 x 103 kg/m-3
مساحت بخش X= یک کیلومتر مربع
E= فاصله مرکز هسته تا نقطه تعادل
بنابراین وزن یک کیلومتر مربع از ستون آرام تا نقطه تعادل عبارت است از:
= (6,400-8) x 1 x 2.8 x 103 E x 1 x 10.7 x 103 = (17897.6 + 10.7 x E) x 103
به طور مشابه وزن یک کیلومتر مربع از ستون آفریقا تا نقطه تعادل عبارت است از:
= (6,400) x 1 x 2.8 x 103 = 17920 x 103
برای به دست آوردن E در نقطه تعادل خواهیم داشت:
(17897.6 + 10.7 x E) x 103 = 17920 x 103
که طبق آن E برابر با 2.09 کیلومتر خواهد بود.

بالا آمدن سلسله جبالها و یا پایین رفتن کف حوضه‌ها ، به ترتیب با افزایش یا کاهش ضخامت قشر سیال (قسمت بالایی پوسته زمین) همراه است. از جمله جالبترین نشانه‌هایی که بیان کننده تعادل ایزوستازی است حرکت صعودی قطعه اسکاندنیاوی پس از ذوب یخهای موجود در آن منطقه است. اگر وزنه‌ای روی قطعات شناور یخ قرار دهیم، به پایین می‌رود و بر عکس ، اگر روی قطعه را بتراشیم، یخ بالا می‌آید. بنابر همین استدلال ، می‌توان گفت که فرسایش باعث بالاتر آمدن سلسله جبالهای مرتفع و نیز ته نشست رسوبات در کف حوضه‌های رسوبی ، باعث پایین رفتن آنها می‌شود. اما بایستی توجه داشت که حرکات اصلی کوهها و یا فرو نشست حوضه‌های را نمی‌توان فقط ناشی از ایزوستازی دانست.

مقدمه

مکانیک سنگ از دو کلمه rock به معنی سنگ و mechanics به معنی مکانیک گرفته شده است. مکانیک سنگ مبحثی از علوم مهندسی است که در آن چگونگی رفتار سنگ در برابر عوامل بیرونی و درونی و تغییرات آنها مورد بحث قرار می‌گیرد و چون رفتار سنگ بستگی کامل به ویژگیهای آن دارد، از اینرو بررسی آن گروه از خواص سنگها که در این مورد اهمیت دارد نیز بخشی از مبحث مکانیک سنگ را تشکیل می‌دهد.

تاریخچه

بناها و آثاری چون سدهای مربوط به سده‌های 29 و 30 قبل از میلاد در مصر و عراق ، اهرام ثلاثه مصر ، کاخ تخت جمشید و مقبره‌های نقش رستم که بر سنگ (از سنگ و یا در سنگ) ساخته شده‌اند گواه بکارگیری روشهای دقیق در امر انتخاب ، استخراج و کندوکاو سنگ و لذا کاربرد مکانیک سنگ از دیر زمان‌اند. ارتباط تنگاتنگ ما با سنگ به پیش از تاریخ بر می‌گردد. در آن زمان ، پیکانها ، ابزار معمولی و ظروف ، استحکامات ، خانه‌ها و حتی تونلها از سنگ یا در سنگ ساخته می‌شد. ساختها و مجسمه‌هایی مانند معبد ابوسمبل از مصر نشان دهنده استفاده از روشهای بسیار دقیق در امر انتخاب محل ، استخراج و کندوکاو بر سنگ است.

سیر تحولی و رشد

در قرون هجدهم و نوزدهم تونلهای بزرگ به منظور تهویه و زهکشی معادن ، فاضلاب ، کانال کشی و حمل و نقل با راه آهن زده‌ ‌شد. در همین قرن ما ، ساختن مجسمه‌های عظیم در مونت راشمو میل به درگیری برای ساختن پیکرهای بزرگ سنگی و به همان اندازه انتخاب گرانیت خوب را ، با وجود روی آوردن مهندسان به مصالح دیگر ، به جهانیان ثابت کرد. در این عصر که مهندسان مواد می‌توانند به اقتضای نیازهای خاص و عجیب آلیاژها و پلاستیکها را بسازند ، سنگ کاری هنوز انرژی صنایع و تخیل مهندسان را به خود مشغول داشته است.

نقش مکانیک سنگ در زندگی انسان

از آنجایی که حفاریها و بناهایی چون تونلهای راه آهن زیرزمینی ، تامین آب ، زهکشی و نیروگاههای زمینی ، حفره‌های ذخیره آب ، نفت ، گاز ، هوا و غیره و نیز دفن زباله‌های هسته‌ای ، معادن زیرزمینی ، معادن روباز ، برشهای عمیق برای آب ریز و ... در سنگ و یا بر سنگ صورت می‌گیرد، لذا لزوم شناخت سنگها و مکانیک سنگ برای انسان امری انکار ناپذیر است.

مباحث مربوط به مکانیک سنگ

• رده‌بندی زمین شناختی سنگها : سنگها را از نظر نحوه تکوین آنها ، معمولا به سه گروه آذرین ، دگرگونی و رسوبی تقسیم می‌کنند.
  
  
• ویژگیهای شاخص سیستمهای سنگ : برای طبقه‌ بندی مهندسی سنگها ، لازم است که ویژگیهای شاخص سنگها ارزیابی شوند و با در نظر گرفتن مجموعه آنها با همدیگر ، شخصی باتجربه می‌تواند، همبستگیهای مفیدی را بین آنها ، برای کاربردهای عملی، بیایبد. بعضی از این ویژگیهای شاخص عبارتند از : تخلخل ، چگالی ، تراوایی و استحکام.
  
  
• استحکام و معیارهای ریزش سنگ : در این بحث از مکانیک خاک معیارهای ریزش سنگ مثل خمش ، برش و خرد شدن و یا عوامل دیگری که باعث ریزش می‌شوند، بررسی می‌شوند.
  
  
• تنشهای اولیه در سنگها و اندازه‌ گیری آنها : در نزدیکی سطح زمین در نواحی کوهستانی ، تنش در جای سنگ ممکن است در بعضی نقاط به صفر نزدیک شود و در نقاطی دیگر ممکن است نزدیک به استحکام سنگ باشد، دستکاری و برهم زدن میدان تنش از طریق حفر تونل یا حتی گودبرداریهای سطحی ، ممکن است محرک آزاد سازی شدید انرژی ذخیره شده شود. در این قسمت به بررسی و تعیین بزرگی و جهت تنشهای اولیه در ساختگاه یک پروژه می‌پردازند.
  
  
• دگرشکل پذیری سنگها : دگرشکل پذیری ، ظرفیت سنگ برای واتنش در مقابل بار اعمال شده یا پاسخ به باربرداری ناشی از گودبرداری است.

ارتباط با سایر علوم

ویژگی مصالحی از قبیل سنگ و خاک در مقایسه با مصالح دیگر مهندسی این است که این مصالح کمتر قابل انتخاب است و به عبارت دیگر مهندسین طراح باید طرح را برای مواد و محیطی در نظر بگیرند که خصوصیات آن محیط الزاما مطابق خواست آنها نیست و نیز این خصوصیات از محلی به محل دیگر متفاوت است، از اینرو شناخت کلیه خواص فیزیکی ، مکانیکی ، زمین شناسی ، هیدرودینامیکی و حتی کانی شناسی و چینه شناسی سنگها معمولا مفید و در مواردی حتما ضروری است.

کاربردهای مکانیک سنگ

برخی کارهای مهندسی که در حد چشمگیری با مکانیک سنگ در ارتباط هستند، شامل موارد زیر می‌باشند.

• پروژه‌های سازنده‌های سطحی : این پروژه‌ها شامل مواردی چون پل ، ساختمانهای بلند ، نیروگاهها و سدها می‌باشند.
  
  
• مسیرهای حمل و نقل : مانند بزرگراه ، خط آهن ، کانال و خط لوله
• گودبرداریهای سطحی : مثل معدن روباز
• گودبرداریهای زیرزمینی : مثل تونلها ، حجره‌های زیرزمینی و کارهای دفاعی
• بهره‌ برداری از منابع انرژی : مثل استخراج نفت و دفن زباله‌های اتمی

نگاه اجمالی

بلور شناسی ، علم مطالعه بلورهاست. با ارائه روشی برای توضیح چگونگی تعیین خواص فیزیکی ماده از روی سطح آن ، یعنی اصل تقارن بلور شناسی بصورت علمی مستقل در آمد. در دهه 1880 ، فیزیکدانان شواهد کافی گرد آورده بودند که پدیده‌های مختلفی از قبیل در شکستگی ، انبساط گرمایی ، وقف الکتریسیته و پیزو الکتریسیته را باید با استفاده از شکل بلور توضیح داد. برای مطالعه بلورها روشهای مختلفی وجود دارد که از مهمترین آنها بلور شناسی توسط اشعه ایکس و روشهای پراش الکترون.

سیر تحولی و رشد

مطالعه بلورها به دوران یونانیها و رومیها و مطالعات کوارتزهای گوناگون ، توسط ننوفراستو و پلینیو ، باز می‌گردد. در سده هفدهم نخستین تلاشها برای توصیف نظم ساختاری بلورها به عمل آمد. رابرت هوک اظهار داشت که مشکل کوارتز را با فرض این که کوارتز از آرایش تناوبی کره‌هایی تشکیل شده باشد، می‌توان توضیح داد. کریستیان هویگنس به منظور توصیف پدیده دو شکستی نور ، فرض کرد که کلسیت از آرایش تناوبی بیضیهای دوار تشکیل شده است. در سال 1784 ، ژنه ژوست هادی این فرض را مطح کرد که در بلورها مولکولها در گروههایی به شکل متوازی السطوح قرار گرفته‌اند. در آرایش فضایی این گروهها می‌تواند شکل بلوری ماکروسکوپیکی مشاهده شده را توضیح دهد.

در سال 1827 اوگوست کوشی معادله مربوط به کشسانی را بدست آورد و با این مطالعات و با استفاده از بیست و یک پارامتر توانست شرح دهد، چگونه جسم جامد تحت اثر کنش خارجی معلوم کرنش می‌کند. او به مطالعات خود ادامه داد و دریافت که برای توصیف بلورها با توجه به طبیعت شبکه‌ای‌ آنها به پارامترهای کمتری نیاز است. پنج سال بعد توانست ارنست نویمن این نتیجه‌ها را برابر مطالعه برهمکنش میان نورد ماده بر اساس مکانیک بکار برد. او فرض کرد که نور از ذرات خردی درست شده است. دانشجوی وی والدر سار فوگست که بعدها استاد دانشگاه کوتینگتون شد، نخستین کسی بود که تمام اطلاعات و دستاوردهای مربوط به ارتباط میان خواص فیزیکی و ساختار بلورها را در تناوبی گرد آورد.

بلورشناسی نوین

در سال 1912 ، بلورشناسی نوین متولد یافت. در آن سال ماکس و گروهش تصویری از پراش پرتوهای ایکس توسط بلور 3ns بدست آوردند. این آزمایشها سرشت موجی پرتوهای ایکس را ، که ویلهم کنراد رونتگن در اواخر سده نوزدهم کشف کرده بود و همچنین آرایش تناوبی خوشه‌های اتمها را در دوران بلور به اثبات رساند. ویلیام لارش براک و پدرش ، ویلیام هنری براگ در همین زمینه به پژوهش پرداختند و معادله مشهور زیر را بدست آوردند:

که در آن d فاضله میان صفحه‌ای خانواده معینی از صفحه‌های بلوری ، n که مرتبه بازتاب نامیده می شود، عدد طبیعی λ طول موج ایکس مورد استفاده و Ө زاویه فرود و زاویه بازتاب باریکه است. این معادله می‌گوید که کدام زاویه برای بازتاب با طول موج و خانواده صفحه‌های خاص مناسب است، بازتابهایی که از لحاظ هندسی مجازند در طبیعت یافت می‌شوند.

بلور شناسی با پرتو ایکس

اگر نمونه‌ای از تک بلور را با استفاده از پرتوهای سفید ایکس ، پرتوهایی که نه یک طول موج ، بلکه گستره‌ای از طول موجها را در بردارد مورد مطالعه قرار دهیم. نقش خون لاوه بدست می‌آید تحت این شرایط در معادله 2dsinӨ = nλ می‌تواند مقادیری زیاد داشته باشد. اما Ө زاویه‌ای میان پرتو فرودی و صفحه ، برای یک خانواده صفحات خاص مقداری ثابت است. معمولا طول موجی مانند λ وجود دارد که در معادله براگ صدق می‌کنند و بازتاب رخ می‌دهد.

اگر نمونه‌ای را با فیلم عکاسی یا آشکارسازی جدید دیگری احاطه کنیم. در نقاط مختلف روی فیلم لکه‌هایی بدست می آوردیم که به پرتوهای بازتابیده از خانواده‌های مختلف صفحات بلور مربوط می‌شوند. با پردازش این داده‌ها به طریق ریاضی به آنچه نقش پراشی را بوجود می‌آورد می‌توان پی برد. در نتیجه ، ساختار میکروسکوپی بلور را معین می‌کند، یعنی می‌توان فهمید شبکه بلوری این ساختار چگونه است و چه اتمهایی در تلاقی شبکه‌ای قرار دارند.

روش پودری

برای مطالعه بلور شناسی توسط اشعه ایکس روشهای استاندارد دیگری هم وجود دارند که در این میان روش پودر از همه رایجتر است. در روش پودر بجای تک بعدی از نمونه‌ای استفاده می‌شود که بصورت بلورهای کوچکی به ابعاد 1µm یا کمتر خرده شده است. در این روش باریکه تک فام از پرتوهای ایکس به نمونه تابیده می‌شود. و در این حال برای هر خانواده خاصی از صفحات تعداد زیادی بلورک با سمتگیری مناسب پیدا می‌شوند که بازتاب براگ فرودی است. اما تند چتری که هر تکه از پارچه آن با دسته چتر زاویه‌ای یکسان می‌سازند. باریکه‌های بازتابیده روی مخروطی قرار می‌گیرند که گشودگی آن دو برابر گشودگی مخروط قبلی است. زیرا باریکه بازتابیده نسبت به باریکه اولیه زاویه 2Ө می‌سازد و این در حالی است که زاویه بین صفحه و باریکی اولیه برابر Ө است.

اگر فیلم عکاسی را در راه باریکه خروجی قرار دهیم، از تلاقی مخروط اخیر با صفحه عکاسی یک دایره بدست می‌آید: فیلم عکاسی را معمولا به شکل نوار باریک دایره‌ای در می‌آوردند و آنرا روی صفحه‌ای که شامل باریکه خروجی است قرار می‌دهیم. فیلم را سوراخ می‌کنند تا باریکه بتواند به نمونه برسد. از تلاقی مخروطهای بازتابشی مربوط به صفحه‌های مختلف بلور فیلم نقش پراشی خطی بدست می‌آید.

بلور شناسی به روش پراش الکترون

در آغاز دهه 1990 روشهای جدیدی پیدا شدند که مشاهده مستقیم سطحهای بلورین را امکان می‌سازند. درک تغییرات ریخت شناسی که هنگام رویاندن بلور برای کاربردهای الکترونیک روی می‌دهند. با استفاده از پراش الکترون بجای پرتو ایکس و تحت زاویه‌ای کم از سطح بلورها حاصل شده است. با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی برای نخستین بار ، امکان مشاهده مستقیم ساختار شبکه‌ای بلورها از طریق مشاهده اتم منفرد فراهم شد.