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07/11/2017
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Corso di GEOLOGIA STRUTTURALE
Docente: Antonio Funedda
PIEGHE-2
CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE
A.A. 2017-2018
1. Un basamento deformato durante una orogenesi precedente
viene di nuovo coinvolto in deformazioni orogeniche successive.
2. Successive fasi plicative durante lo stesso ciclo orogenico.
Geologia Strutturale PIEGAMENTI SOVRAPPOSTI
Possono esistere diversi motivi per cui si osservano dei piegamenti sovrapposti:
3. Pieghe sovrapposte durante
una singola deformazione
progressiva.
4. Piegamento simultaneo in
diverse direzioni durante la
stessa fase deformativa.
da Pavanetto et al., 2012
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Stile
Criterio spesso usato, ma molto soggettivo e pericoloso!!
Si basa sull'ipotesi che in un'area un evento deformativo produce pieghe con la solita geometria,
orientazione degli assi, ecc. Questo concetto è comunque utilizzabile se si esaminano aree ristrette.
Rapporti con il metamorfismo
Alcuni minerali possono essere pre-cinematici, post-cinematici o sin-cinematici rispetto ad un evento
deformativo. Osservazioni in sezione sottile ci permettono di stabilire i rapporti tra crescita di minerali e
deformazione.
Geologia Strutturale PIEGAMENTI SOVRAPPOSTI
Per analizzare deformazioni polifasiche possono essere utilizzati i seguenti criteri:
Relazioni di sovrapposizione:
- rapporti di sovrapposizione tra diverse
foliazioni, sia alla scala dell'affioramento
che in sezione sottile;
- pieghe, foliazioni e lineazioni ripiegate;
- tracce dei piani assiali ripiegate.
un piegamento due piegamenti
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Geologia Strutturale PIEGAMENTI SOVRAPPOSTI
Quando una superficie piegata viene piegata un’altra volta si possono originare delle forme
tridimensionali complesse.
da Twiss & Moores, 1992
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Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari Geologia Strutturale PIEGAMENTI SOVRAPPOSTI
Come si classificano
Limitandosi agli aspetti cinematici il tipo di interferenza dipende dalle relazioni:
1. angolo b tra orientazione del direzione di flusso del secondo piegamento a2 e la superficie assiale
S1 del primo piegamento.
2. angolo a tra l’asse del primo piegamento f1 e il piano assiale del secondo piegamento S2.
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Geologia Strutturale PIEGAMENTI SOVRAPPOSTI
da Allmendinger
angolo
(tra a2 e S1)
angolo
(tra f1 e S2)
geometria dell'interfe
renza
Tipo 0
0
0 Pieghe
cilindriche
piane
Tipo 1
0
0 Pieghe non
cilindriche
piane
Tipo 2
0
0
Pieghe non
piane non
cilindriche
Tipo 3
0
0 Pieghe
cilindriche
non piane
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Geologia Strutturale PIEGAMENTI SOVRAPPOSTI
da Twiss & Moores, 1992
Struttura d'interferenza tipo
"Duomi e bacini"
a "fungo" o "punta di freccia"
"ondulato" (o "pieghe ripiegate")
TIPO 1
TIPO 2
TIPO 3
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Geologia Strutturale PIEGAMENTI SOVRAPPOSTI Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
da Fossen, 2016
Struttura d'interferenza tipo
"Duomi e bacini"
a "fungo" o "punta di freccia"
"ondulato" (o "pieghe ripiegate")
TIPO 1
TIPO 2
TIPO 3
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Geologia Strutturale PIEGAMENTI SOVRAPPOSTI
Struttura d'interferenza tra piegamenti sovrapposti di Tipo 2 "a fungo".
(Metarenarie ordoviciane (?), Argentiera - Nurra)
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Meccanismi di piegamento Geologia Strutturale
Piegamenti passivi: ininfluenza delle anisotropie planari sul piegamento. Tipico di rocce con contrasto di competenza piccolo o nullo (in condizioni di alta temperatura omologa, vicini alla temperatura di fusione ad es.: in migmatiti).
Piegamenti attivi: il piegamento è influenzato meccanicamente dalla presenza di anisotropie planari (es. strati).
da Van der Pluijm & Marshak, 2004
Compressione di un blocco di argilla uniforme (nessuna formazione di pieghe)
Compressione di un blocco di argilla uniforme con livelli colorati dello stesso materiale (amplificazione delle irregolarità)
Compressione di un blocco di argilla uniforme con livelli colorati di materiale con diverse proprietà meccaniche (formazione di pieghe)
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Meccanismi di piegamento Geologia Strutturale
Pie
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p
assi
vi
da Fossen, 2010
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Meccanismi di piegamento: piegamento mono-strato Geologia Strutturale
forze uguali ed opposte sono
applicate agli estremi causando
una compressione dello strato.
Tipico delle zone collisionali.
da Twiss & Moores, 1992
Piegamento per buckling
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Geologia Strutturale
Piegamento per buckling
Il piegamento è influenzato dalla presenza di contrasto di competenza e dallo spessore dei livelli a differente competenza. Stress, strain, strain rate e condizioni T-P sono uguali. Se aumenta la resistenza alla deformazione (competenza) e lo spessore dell'irregolarità la lunghezza d'arco aumenta
Considerando la viscosità, la lunghezza d'arco:
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6/2 MLtL Eq. di Biot-Ramberg
3/024,0/ tLML
ML / = 1, o comunque è basso, non si formano pieghe ma solo un ispessimento dello strato
se
da Van der Pluijm & Marshak, 2004
aumento della competenza
il rapporto delle viscosità è uguale al cubo del rapporto tra L e t)
Meccanismi di piegamento: piegamento mono-strato Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
Piegamento e competenza Geologia Strutturale
Lo stile di piegamento è influenzato dal tipo di contrasto di competenza tra i livelli piegati
da Ramsay & Huber, 1983
Basso contrasto di competenza
a basso contrasto di competenza la lunghezza dell'arco diminuisce ed aumenta lo spessore
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Piegamento e competenza Geologia Strutturale
Lo stile di piegamento è influenzato dal tipo di contrasto di competenza tra i livelli piegati
da Ramsay & Huber, 1983
Alto contrasto di competenza
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Geologia Strutturale
Piegamento passivo
Non conta la viscosità ed il contrasto di competenza, nè la presenza di anisotropie planari.
Avviene in rocce in condizioni prossime alla temperatura di fusione (quindi alta temperatura omologa) in rocce con basso o nullo contrasto di competenza.
Sono l'amplificazione di irregolarità naturali nelle anisotropie o la consegunza di un flusso differenziale del materiale all'interno del volume di roccia.
da Fossen, 2010
Meccanismi di piegamento: piegamento mono-strato Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
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Elementi di Geologia Strutturale
il piegamento è causato da forze
uguali ed opposte applicate
ortogonalmente al livello dello
strato.
da Twiss & Moores, 1992
Piegamento per bending
Meccanismi di piegamento: piegamento mono-strato Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
Elementi di Geologia Strutturale
Piegamento per bending
da Fossen, 2010
Meccanismi di piegamento: piegamento mono-strato Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
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Piegamento con superficie neutra
Geologia Strutturale
Sinonimi: Piegamento con deformazione della cerniera o caso della barra, trave con appoggio libero, orthogonal flexure
• Linee che erano ortogonali alla superficie piegata prima del piegamento rimangono ortogonali.
• Lo strain è piano in tutti i punti del livello, l’asse principale intermedio dello strain λ2 è in ogni
punto parallelo all’asse della piega (nel caso teorico).
da Twiss & Moores, 1992
Modelli cinematici di piegamento Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
Piegamento con superficie neutra
Geologia Strutturale
•Esiste una superficie neutra su cui non c’è strain (conserva l’area iniziale) situata in mezzo al livello in
corrispondenza della superficie di flesso, mentre si avvicina all’estradosso nella zona di cerniera.
• Il livello piegato mantiene in ogni punto il suo spessore iniziale (Piega Parallela, classe 1B di Ramsay)
• La superficie neutra separa la parte del livello raccorciata da quella allungata (cfr. comportamento
all’estradosso e all’intradosso). Lo strain aumenta progressivamente allontanandosi dalla superficie
neutra
Modelli cinematici di piegamento Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
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Piegamento per taglio concentrico
Geologia Strutturale
Sinonimi: Piegamento con deformazione dei fianchi, flexural flow, flexural slip, caso di un mazzo di carte.
•In questo caso linee che erano ortogonali alla superficie piegata prima del piegamento non rimangono
tali.
•Questa deformazione implica un taglio semplice ortogonale all’asse della piega.
• Lo strain è piano in tutti i punti della piega e l’asse principale intermedio dello strain λ2 è in ogni punto
parallelo all’asse della piega.
da Twiss & Moores, 1992
Modelli cinematici di piegamento Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
Piegamento per taglio concentrico
Geologia Strutturale
•Il senso di taglio sui fianchi della piega cambia attraversando il piano assiale.
•La quantità della deformazione si concentra sui fianchi e diminuisce verso la cerniera.
•Il livello deformato mantiene in ogni punto lo spessore iniziale (Piega Parallela, classe 1B di Ramsay).
•Il livello piegato è parallelo in ogni punto alla sezione circolare dell’ellissoide dello strain. Non c’è strain sulle superfici limite del livello piegato (strati o pagine del libro).
•Pieghe a Chevron o a kink
•Il piegamento per Taglio concentrico invece che con superficie neutra avviene se la superficie è meno competente e
perciò si deforma in modo duttile più facilmente o se lo strato ha delle forti anisotropie meccaniche planari, come una
scistosità pervasiva parallela alla superficie piegata.
Modelli cinematici di piegamento Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
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Piegamento per taglio concentrico
Geologia Strutturale
da Fossen, 2010
La presenza di slickenline sulla superficie piegata indica un meccanismo per flexural slip
Piegamento per flexural slip
Piegamento per flexural flow
La deformazione è distribuita nei fianchi della piega
Modelli cinematici di piegamento Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
Piegamento per taglio semplice
Geologia Strutturale
Sinonimi: Piegamento per taglio passivo, flow folding, caso di un mazzo di carte
•Poiché la deformazione è per Taglio semplice lo strain è piano in ogni punto e i piani di taglio
coincidono in ogni punto con la sezione circolare dell’ellissoide dello strain.
•Poiché i piani di taglio sono superfici senza strain lo spessore misurato parallelamente alle superfici di
taglio (e quindi parallelamente al piano assiale) è costante (Pieghe simili, classe 2 di Ramsay).
da Twiss & Moores, 1992
Modelli cinematici di piegamento Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
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Piegamento per taglio semplice
Geologia Strutturale
•Per formare pieghe l’entità del taglio non deve
essere costante (taglio semplice disomogeneo).
•Tutte le superfici parallele al livello piegato sono
deformate (non c’è superficie neutra).
da Twiss & Moores, 1992
•L’orientazione della cerniera in una piega per
taglio semplice è determinata dall’intersezione
tra le superfici di taglio e la superficie originaria
che sarà piegata.
Modelli cinematici di piegamento Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
•Le pieghe si formano o vengono amplificate per una progressiva rimozione di materiale in aree diverse
della superficie piegata.
•Si originano quindi diverse geometrie a seconda delle zone dove avviene la rimozione di materiale
Piegamento per perdita di volume
Geologia Strutturale
Classe 1 B Classe 1C Classe 2
da Twiss & Moores, 1992
Modelli cinematici di piegamento Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari
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Piegamento per perdita di volume Geologia Strutturale
da Twiss & Moores, 1992
Stratificazione in evidenza Foliazione di piano assiale in evidenza
Restaurazione parziale eliminando il processo di dissoluzione, la parte concava riassume una superficie meno frastagliata
Vuoti dovuti a dissoluzione
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Geologia Strutturale
Modello cinematico e competenza media in un piegamento multistrato
da Ramsay & Huber, 1983
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