CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE. Modulo di Geologia strutturale Cartografia Geologica. Lettura ed interpretazione delle carte geologiche

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1 Università degli Studi di Cagliari Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche Facoltà Scienze Via Trentino, Cagliari CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE Modulo di Geologia strutturale Cartografia Geologica Lettura ed interpretazione delle carte geologiche 5b-PIEGHE A.A Docente: Antonio Funedda

2 Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale Se le condizioni di affioramento sono abbastanza buone è possibile determinare la forma e la giacitura di una piega direttamente in campagna. (In Sardegna questo in genere però avviene solo alla scala decametrica, la massima osservabile su un affioramento. Casi particolarmente evidenti di pieghe a scala ettometrica o più sono osservabili in aree montuose con grandi pareti non vegetate (ad es. Alpi) o in aree desertiche.) In genere la ricostruzione delle caratteristiche delle pieghe avviene in carta dove le pieghe vengono rappresentate con la traccia del piano assiale, cioè l intersezione del piano assiale con la superficie topografica e con l asse della piega. In prima approssimazione il Piano Assiale può essere determinato in carta unendo i punti di massima curvatura (punti di cerniera). 1/4 A Rappresentazione cartografica di un antiforme con piano assiale verticale ed asse inclinato di 30 affiorante su una superficie topografica pianeggiante (C) e accidentata (D) area con rilievi B C D N.B. In carta il piano assiale congiunge i punti di massima curvatura SOLO se la topografia è trascurabile (aree piatte fig. C), quando le differenze altimetriche sono significative, esiste una differenza apprezzabile (fig. D). L entità della differenza può dipendere da: giacitura dell asse, curvatura della cerniera e l effetto è influenzato dal rilievo topografico.

3 Come ricostruire la giacitura del piano assiale Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale 2/4 Non è sufficiente la direzione di una linea osservabile in carta, in quanto questa rappresenta solo un intersezione. Per definire un piano ho bisogno almeno di un altra linea, in questo caso l asse della piega. Da Ragan, 1980 Da Ragan, 1985 Nel caso di pieghe non cilindriche in aree polideform ate, la ricostruzion e può essere fatta suddividen do la piega in domini omogenei (1, 2 e 3). Rappresentazione cartografica di una piega asse asse antiforme sinforme Per capire se la piega che osservo in carta o sull affioramento è una antiforme o una sinforme devo controllare la periclinale della piega (dove la superficie piegata intersecando la topografia assume un andamento convesso e osservare l immersione dell asse. In una antiforme l asse immerge verso la periclinale, in una sinforme verso il nucleo.

4 Come ricostruire la giacitura del piano assiale Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale 3/4 In una carta geologica separa due domini che rappresentano i due fianchi di una piega. Sul terreno può essere riconosciuta come la linea che: - congiunge tutti i punti in cui le pieghe sono simmetriche e hanno un profilo a "M ; - congiunge tutti i punti in cui la stratificazione è ortogonale alla foliazione di piano assiale della piega (oppure una S 1 è ortogonale alla S 2 ); - separa domini in cui le pieghe a piccola scala hanno un'asimmetria a "S" da quelli in cui le pieghe hanno un'asimmetria a "Z" (attenzione: sempre guardando nella stessa direzione!), - separa domini con diversi rapporti stratificazione/foliazione; - separa domini con diverse direzioni di ringiovanimento degli strati (se è conosciuta la successione stratigrafica).

5 Pieghe minori Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale 4/4 In una carta geologica separa due domini che rappresentano i due fianchi di una piega. Sul terreno può essere riconosciuta come la linea che: - congiunge tutti i punti in cui le pieghe sono simmetriche e hanno un profilo a "M ; - separa domini in cui le pieghe a piccola scala hanno un'asimmetria a "S" da quelli in cui le pieghe hanno un'asimmetria a "Z" (attenzione: sempre guardando nella stessa direzione!), Per convenzione il senso di asimmetria è determinato guardando verso l inclinazione della cerniera, se è orizzontale bisogna specificare l orientazione. (da D. Powell, 1996)

6 Pieghe minori Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale 4/4 Perciò il riconoscimento e la messa in carta di pieghe con asimmetria tipo "S" o "Z", riferito al profilo di pieghe asimmetriche, ci fornisce informazioni sulla posizione delle cerniere e quindi dei piani assiali delle pieghe ma non sulla direzione di trasporto associata a tale piegamento. Questo metodo risulta poi difficile da utilizzare in aree dove gli assi sono suborizzontali. La forma a "S" o "Z" delle pieghe in questo caso dipende solamente della direzione in cui si guarda la piega.

7 Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale 4/4 Ricostruzione delle tracce dei piani assiali dalle pieghe minori

8 Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale 4/4 Ricostruzione delle tracce dei piani assiali dalle pieghe minori

9 Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale 4/4 Ricostruzione delle tracce dei piani assiali dalle pieghe minori

10 Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale 4/4 Ricostruzione delle tracce dei piani assiali dalle pieghe minori Esercizio 12 x = brecce di faglia

11 Analisi cartografica delle pieghe: Traccia del Piano assiale 4/4 Ricostruzione delle tracce dei piani assiali dalle pieghe minori Esercizio 12 x = brecce di faglia

12 Analisi cartografica delle pieghe (da Rowland et al. ) (da Rowland et al., 2007)

13 Analisi cartografica delle pieghe (da Rowland et al. ) Quando si hanno pieghe con fianchi rovesciati (o verticali) è possibile determinare la giacitura dell'asse della piega osservando le giaciture della superficie piegata: avrà direzione d'immersione uguale a quella delle misure verticali e inclinazione uguale all'inclinazione delle misure ortogonali alle misure verticali (da Rowland et al., 2007)

14 Analisi cartografica delle pieghe (da Rowland et al. ) Ricostruire una sezione geologica schematica dopo aver determinato la posizione delle tracce dei piani assiali in base all assimmetria delle pieghe minori. Considerando la giacitura della stratificazione individuare quali possono essere rovesciate. (da Rowland et al., 2007)

15 Analisi cartografica delle pieghe (da Rowland et al. ) Ricostruire una sezione geologica schematica dopo aver determinato la posizione delle tracce dei piani assiali in base all assimmetria delle pieghe minori. Considerando la giacitura della stratificazione individuare quali possono essere rovesciate. (da Rowland et al., 2007)

16 Analisi cartografica delle pieghe (da Rowland et al. ) (da Rowland et al., 2007)

17 Analisi cartografica delle pieghe (da Rowland et al. ) (da Rowland et al., 2007)

18 Analisi cartografica delle pieghe (da Rowland et al. ) (da Rowland et al., 2007)

19 Ricostruzione di una piega in sezione geologica (senza riferimenti topografici) (da Powell, 1996) Esercizio 8 bis Determinare la giacitura degli assi delle pieghe e la loro geometria (cilindriche o no?) e ricostruire la sezione geologica (da D. Powell, 1996)

20 Ricostruzione di una piega in sezione geologica (senza riferimenti topografici) (da Powell, 1996) Esercizio 8 bis Determinare la giacitura degli assi delle pieghe e la loro geometria (cilindriche o no?) e ricostruire la sezione geologica (da D. Powell, 1996)

21 Ricostruzione di una piega in sezione geologica (senza riferimenti topografici) (da Powell, 1996) Esercizio 8 bis Determinare la giacitura degli assi delle pieghe e la loro geometria (cilindriche o no?) e ricostruire la sezione geologica (da D. Powell, 1996)

22 Come cartografare le pieghe Quando si cartografa una zona con pieghe si pone il problema di quali pieghe rappresentare in carta e come. Osservazioni sull'affioramento 1) Riportare sulla carta le giaciture dell'asse, del piano assiale, della superficie piegata, del clivaggio, delle lineazioni e l'asimmetria della piega. 2) Disegnare sul quaderno di campagna uno schizzo della piega con i dati strutturali misurati e riportarli su uno stereonet Sulla carta 1) Cartografare un numero di affioramenti sufficienti cosicché la piega sia evidenziata dalla stratificazione (o superficie piegata), linee di forma, la distribuzione delle unità litologiche, la superficie d'inviluppo delle pieghe minori. 2) Identificare la zona di cerniera 3) Cartografare le relazioni clivaggio/stratificazione in cerniera e sui fianchi 4) Misurare e rappresentare l'asimmetria delle pieghe minori

23 Come cartografare le pieghe Sulla carta 1) Cartografare un numero di affioramenti sufficienti cosicché la piega sia evidenziata dalla stratificazione (o superficie piegata), linee di forma, la distribuzione delle unità litologiche, la superficie d'inviluppo delle pieghe minori. 2) Identificare la zona di cerniera 3) Cartografare le relazioni clivaggio/stratificazione in cerniera e sui fianchi 4) Misurare e rappresentare l'asimmetria delle pieghe minori Modificato da McClay, 1987, -The mapping of geological structures

24 Analisi cartografica delle pieghe Le pieghe possono assumere forme diverse a causa di diversi fattori, tra i quali: a)proprietà fisiche della roccia piegata. b)la quantità di deformazione interna. c)orientazione degli assi dello stress. Perciò la ricostruzione corretta in sezione geologica diventa importante per interpretare il meccanismo deformativo che ha agito durante la deformazione. (da Rowland et al., 2007)

25 Analisi cartografica delle pieghe Quando noi effettuiamo una sezione geologica in realtà eseguiamo una sezione verticale che taglia con un angolo qualsiasi la piega mentre se vogliamo ricostruire la geometria esatta dobbiamo eseguire un profilo esattamente ortogonale alla direzione assiale della struttura. Sezione geologica: sezione comunque orientata rispetto alla struttura Profilo geologico: sezione geologica ortogonale alla direzione assiale della struttura modificato da Mackin, 1950 Journal of Geology

26 Dalla sezione geologica al Profilo geologico Sezione geologica Profilo geologico (da D. Powell, 1996)

27 Analisi cartografica delle pieghe Costruzione grafica di un Profilo geologico di una piega cilindrica esposta su un terreno piatto 1. Sulla carta geologica costruire un reticolo a maglia quadrata di dimensione k con un lato parallelo alla direzione d immersione dell asse. 2. Si costruisce un nuovo reticolo dove il lato ortogonale alla direzione dell asse rimane invariato (k), mentre il lato parallelo viene ridotto di una quantità funzione dell inclinazione a dell asse. Il nuovo reticolo avrà questo lato di distanza p dato dalla relazione p= k senp. 3. La piega viene perciò ridisegnata trasferendo l andamento dei contatti da una maglia omologa all altra. (da Ragan, 1985)

28 Analisi cartografica delle pieghe Costruzione grafica di un Profilo geologico di una piega cilindrica esposta su un terreno piatto (da Rowland et al., 2007)

29 Analisi cartografica delle pieghe Costruzione grafica di un Profilo geologico di una piega cilindrica esposta su un terreno piatto (da Rowland et al., 2007)

30 Esercizio 10 Analisi cartografica delle pieghe Considerando che la morfologia è essenzialmente suborizzontale a q. 400m s.l.m.: 1) disegnare i contatti che collegano i diversi affioramenti; 2) determinare la posizione delle diverse pieghe; 3) costruire una sezione geologica secondo la traccia a-b; 4) costruire un profilo geologico secondo la traccia a-b. (da Powell, 1996)

31 Esercizio 10 Analisi cartografica delle pieghe I contatti vengono ricostruiti in base alle giaciture e si possono così identificare tre pieghe principali Poiché l inclinazione degli assi è sempre uguale possiamo supporre che le pieghe siano cilindriche possiamo proiettare i contatti (cerchio bianco) sulla sezione geologica misurando la distanza d e conoscendo l inclinazione = 11, utilizzando la formula: h = tg p x d Per costruire il profilo utilizziamo invece la formula: h = sen p x d (da Powell, 1996)

32 Analisi cartografica delle pieghe Rapporti tra pieghe e foliazioni (da Ramsay & Huber, 1987)

33 Analisi cartografica delle pieghe Rapporti tra pieghe e foliazioni (da Rowland et al., 2007)

34 Analisi cartografica delle pieghe Ricostruzione di un area piegata utilizzando tutte le informazioni disponibili L analisi delle relazioni geometriche tra le pieghe alla meso-scala, quelle minori (parassite) e le superfici planari (stratificazione e foliazione tettonica) permette di ricostruire, sia in carta che in campagna durante il rilevamento, la geometria delle pieghe maggiori (a scala cartografica) (da Powell, 1996)

35 Analisi cartografica delle pieghe Ricostruzione di un area piegata utilizzando tutte le informazioni disponibili (da Powell, 1996)

36 Esercizio 11 Analisi cartografica delle pieghe Ricostruzione di un area piegata utilizzando tutte le informazioni disponibili

37 Esercizio 11 Analisi cartografica delle pieghe Ricostruzione di un area piegata utilizzando tutte le informazioni disponibili

38 Esercizio 11 Analisi cartografica delle pieghe Ricostruzione di un area piegata utilizzando tutte le informazioni disponibili

39 Analisi cartografica delle pieghe Pieghe dislocate da faglie L'analisi anche solo qualitativa di una piega dislocata da una faglia può dare utili indicazioni sul tipo di rigetto. Pieghe asimmetriche con: in A rigetto verticale; in B rigetto orizzontale. B e C- Rigetto verticale: l'erosione della stessa piega, dislocata, a livelli strutturali differenti comporta una differente larghezza W, con Anticlinali più ampie sul blocco a nord e sinclinali più ampie sul blocco a sud. Rigetto orizzontale apparente della traccia dei piani assiali. D e F- Rigetto orizzontale: larghezza dell'affioramento identica sui due blocchi, dislocazione orizzontale reale. (da D. Powell, 1996)

40 Analisi cartografica delle pieghe Pieghe dislocate da faglie La dislocazione delle pieghe comporta il rigetto della linea di cerniera, e questo ci permette di determinare il rigetto reale. A: sinforme dislocata da una faglia; B: determinazione della giacitura della faglia usando le line di forma (direzione d'immersione N023/52) e individuazione dell'intersezione della linea di cerniera con il piano della faglia; C: vettore di spostamento della faglia; D: Sezione costruita lungo il piano della faglia, h=100m, v=130m; Il blocco a nord si è sollevato verso SE, o il blocco a sud si è abbassato verso NW. (da D. Powell, 1996)

41 Esercizio 13 Analisi cartografica delle pieghe Pieghe dislocate da faglie Analizzando il rigetto della piega in carta determinare direzione e verso del rigetto. Quindi calcolare, se ci sono, le componenti del rigetto verticale e/o orizzontale.

42 Esercizio 13 Analisi cartografica delle pieghe Pieghe dislocate da faglie

43 Esercizio 14 Le due faglie dislocano la successione indicata in legenda. Quale rigetto sui può dedurre dallo spostamento in carta dei contatti? Quale invece dall analisi degli assi delle pieghe nei diversi blocchi separati dalle faglie?