CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE A.A. 2012-13 Corso di GEOLOGIA STRUTTURALE Docente: Antonio Funedda FRATTURE E FAGLIE - I FRATTURE E FAGLIE Nomenclatura Il termine Frattura include : Faglie Giunti o Diaclasi (giunti di frattura o fratture in s.s.) Clivaggio in vecchi testi Vene 1
FRATTURE Giunti o diaclasi: discontinuità lungo le quali un ammasso roccioso perde di continuità, senza che un blocco si muova rispetto all altro lungo la discontinutà (Fratture di Tipo I e Tipo IV), se la discontinuità è riempita di materiale si chiameranno vene. Faglie: discontinuità lungo le quali un ammasso roccioso perde di continuità, e un blocco si è mosso rispetto all altro (Tipo II e Tipo III). da Fossen, 2010 FRATTURE Orientazione dei vari tipi di frattura rispetto al campo degli sforzi principali da Fossen, 2010 2
FRATTURE GIUNTI FAGLIE FRATTURE Una roccia si frattura quando lo sforzo differenziale a cui è sottoposta è superiore alla sua resistenza alla deformazione 3
FRATTURE Una roccia si frattura quando lo sforzo differenziale a cui è sottoposta è superiore alla sua resistenza alla deformazione FRATTURE I criteri di rottura sono equazioni che permettono di definire sia lo stato di sforzo al punto di rottura, sia l orientazione delle fratture e quindi mettono in condizione di prevedere se un certo stato di sforzo causerà o meno la rottura e che tipi di fratture si svilupperanno. CRITERIO DI ROTTURA DI COULOMB (1773) f c nf resistenza al taglio coesione tan coefficiente d'attrito interno angolo d'attrito interno o di resistenza al taglio 4
FRATTURE FRATTURE CRITERIO DI ROTTURA DI COULOMB (1773) f c nf Quando lo stato di sforzo su una roccia ètale che su un piano con una certa orientazione le componenti dello sforzo soddisfano l'equazione, una frattura di taglio si svilupperà su quel piano Interpretazione fisica Per sviluppare un piano di taglio entro a un corpo devono essere superate due resistenze: 1. La coesione "c" èla resistenza alla fratturazione per taglio su un piano sul quale lo sforzo normale è nullo; èdeterminata dall attrazione intermolecolare, che va superata per creare la frattura. 2. La resistenza al movimento che èuguale alla componente dello sforzo normale sulla superficie al punto di rottura per il coefficiente di attrito interno del materiale. c e μ (coesione e coefficiente di attrito interno) sono due costanti caratteristiche di ciascun materiale che caratterizzano le proprietà del materiale portato a rottura; 5
FRATTURE LIMITI DEL CRITERIO DI ROTTURA DI COULOMB (1773) Il criterio di Coulomb non è applicabile con sforzi normali a trazione. Anche per sforzi normali compressivi il criterio non èesente da critiche: per le rocce l inviluppo sperimentale è sensibilmente curvo e per alti valori di pressione di confinamento si discosta in modo notevole dall inviluppo di Coulomb. Le terre invece hanno sviluppi di rottura sensibilmente rettilinei; per cui il criterio di Coulomb è universalmente adottato in geotecnica. c e non rappresentano caratteristiche fisiche del terreno, ma sono costanti della retta che approssima l'inviluppo di rottura nel settore tipico della compressione per basse pressioni di confinamento (inferiori al limite di snervamento). FRATTURE 6
FRATTURE Orientazione dei vari tipi di frattura rispetto al campo degli sforzi principali Sforzo di taglio critico in casi reali * t Perché l'angolo di frattura α f invece che essere = 45, angolo in cui lo σ t è massimo, nei materiali reali èin genere inferiore? α f dipende dall ottimizzazione dei valori per cui σ N è minimo e σ t è massimo da Twiss & Moores, 1992 FRATTURE Valori indicativi di resistenza delle rocce ad alta e bassa pressione di confinamento e a temperatura ambiente. 7
FRATTURE Crescita e propagazione dei fratture di estensione e di taglio σ 3 σ 1 Lo sviluppo di fratture, sia di estensione che di taglio, avviene per connessione di microfratture preesistenti nella roccia, quando queste sono orientate in maniera adeguata rispetto al campo di sforzi generale. scala submillimetrica σ 3 σ 1 scala centimetrica da Fossen, 2010 FRATTURE Principio degli sforzi efficaci Terzaghi trovò che una pressione dell acqua u nei pori di una terra o di una roccia causa una riduzione dell intensità degli sforzi principali di una quantità uguale a u (Concetto di Pressione efficace). σ 1 ' = σ 1 u σ 2 ' = σ 2 u σ 3 ' = σ 3 u La Pressione efficace èla pressione effettiva che agisce sulle pareti degli interstizi tra i granuli, ed èdata dalla Pressione idrostatica Pressione neutra 8
FRATTURE Cerchio di Mohr per sforzi totali e per sforzi efficaci Lo sforzo differenziale (D σ = σ 1 σ 3 ) non è influenzato dalle pressioni neutre, infatti ' ' 3 ( 1 u) ( 3 1 u ) E così anche lo sforzo di taglio massimo (p= raggio del cerchio di Mohr) 1 p 3 2 Al contrario lo sforzo normale medio efficace σ' dipenderà dalle pressioni neutre (σ'= coordinate del cerchio di Mohr) ' u ' u ' 1 ' 3 1 3 1 3 ' 2 2 2 u Cerchio di Mohr per sforzi totali e per sforzi efficaci FRATTURE Il cerchio di Mohr per sforzi efficaci ha lo stesso raggio di quello per sforzi totali, ma è spostato lungo l asse degli sforzi normali verso sinistra di una quantità uguale alla pressione neutra e quindi facilita il verificarsi del criterio di rottura per fratture di estensione da Twiss & Moore, 1992 9
FRATTURE Criterio di rottura di Coulomb -Terzaghi Il criterio di Coulomb è scritto più propriamente in termini di tensioni efficaci: f c' U tg ' nf Uno degli effetti principali dell'incremento della pressione neutra èla riduzione della resistenza al taglio e degli sforzi principali a rottura FRATTURE Effetti della pressione neutra L aumento della pressione neutra determina uno spostamento verso sinistra del cerchio di Mohr, che corrisponde a un avvicinamento allo stato limite rappresentato dall'inviluppò del criterio di rottura. Se l aumento della pressione neutra è sufficientemente elevato il cerchio di Mohr può dventare tangente all inviluppo di rottura. Sforzo efficace Sforzo applicato Il tipo di fratture che si svilupperanno dipenderà dal valore dello sforzo differenziale (diametro del cerchio di Mohr). (vedi diapositiva successiva) 10
FRATTURE Effetti della pressione neutra Sforzo efficace Sforzo applicato Se lo sforzo differenziale è piccolo, come comunemente accade nella crosta, si svilupperanno fratture di tensione. Con elevate pressioni neutre può svilupparsi fratturazione di estensione anche a grande profondità. Se invece lo sforzo differenziale è relativamente grande, si svilupperanno fratture di taglio. FRATTURE Conclusioni su: Effetti della pressione neutra (in ambito non metamorfico) Abbassa lo sforzo differenziale necessario per causare la rottura. Permette la fratturazione a profondità alle quali la roccia o sarebbe stabile o si troverebbe in regime deformativo duttile. Cambia il tipo di deformazione: da flusso cataclastico a scorrimento lungo una frattura. Il massimo sforzo di taglio che può essere sopportato da una terra è determinato più dalle condizioni in cui la deformazione si realizza (pressione media e quindi anche pressione dei fluidi) che dalle proprietà intrinseche del materiale. 11
FRATTURE E FAGLIE FRATTURE E FAGLIE giunto faglia vena 12
FRATTURE O GIUNTI Plumose structure foto da Nova geoblog FRATTURE O GIUNTI Cronologia di sovrapposizione: criteri Morfologia della superficie di un giunto B Plumose structure (A) A Fratture coniugate (B) direzione di propagazione da Allmendinger Spostamento anche a scala microscopica Slickenline. da Van Der Pluijm & Marshak 13
FRATTURE O GIUNTI Importanza dello studio dei sistemi di frattura nell attività estrattiva; nell ingegneria civile; nell analisi della circolazione delle acque; nei giacimenti minerari legati a circolazione idrotermale. Nonostante siano diffusi ovunque negli ammassi rocciosi superficiali, ed abbiano grossa importanza nella pratica, in genere non èsemplice analizzarli etàdifficilmente determinabile; in genere riattivati più volte; molti meccanismi di origine possibili; giunti legati ad attività tettonica e giunti non connessi ad attività tettonica; si presentano spesso in sistemi: insiemi di famiglie di giunti paralleli e spaziati.. Diminuiscono di importanza in profondità: massima profondità circa 6 km, per pressioni di circa 40MPa. FRATTURE O GIUNTI Come affrontare lo studio delle fratture Distinguere se le fratture hanno una disposizione sistematica (si possono riconoscere famiglie di giunti, ecc.). Presenza o assenza di riempimento o patine. Orientazione delle varie famiglie, interazione. Relazioni di sovrapposizione (permettono di definire l'età). Descrivere la morfologia della frattura. Dimensioni delle fratture (Aspect ratio). Spaziatura e densità. Quali litologie sono interessate e come (relazione tra spaziatura fratture e spessore strati). Connessione tra le fratture. Relazione con le altre strutture. 14
Cronologia di sovrapposizione: criteri Presenza o assenza di riempimento o patine. In presenza di vene, eventuali fratture sub parallele senza riempimento sono da considerarsi più giovani. Anche la presenza di colorazione (patine di ossidazioni) sono da considerarsi come traccia di fluidi. Analisi più sofisticate includono lo studio delle inclusioni fluide all interno delle vene. Aspect ratio delle fratture. Poiché spesso le descrizioni della forma delle fratture può essere troppo soggettiva è meglio definire dei valori numerici che descrivano la geometria delle fratture. FRATTURE O GIUNTI Interazione tra fratture di sistemi diversi. Nel caso di Giunti: rapporto tra Lunghezza e ampiezza del vuoto Nel caso di fatture di taglio (Faglie): rapporto tra lunghezza e rigetto. Spesso nell'analisi di sovrapposizione cronologica tra diversi giunti di fratturazione vale la regola per cui un giunto più giovane si blocca contro uno più vecchio in quanto questo costituisce una superficie libera dove non esistono componenti dello sforzo. Spesso assumono una terminazione a J curvandosi verso la superficie libera. giunto vecchio giunto giovane da Allmendinger Cronologia di sovrapposizione: criteri FRATTURE O GIUNTI Modalità di terminazione di fratture di taglio (faglie) Ri orientazione locale della direzione di propagazione dei una frattura in prossimità di una frattura preesistente. La nuova frattura cresce verso quella preesistente cercando di mantenere un angolo di 90 con σ 3. a) La geometria suggerisce che σ 1 sia compressivo con raccorciamento parallelo alla vecchia frattura. b) Se la nuova frattura curva contro la precedente σ 1 e σ 3 sono probabilmente simili in dimensione e l estensione è parallela alla frattura vecchia. da Fossen, 2010 15
Cronologia di sovrapposizione: criteri Interazione tra fratture di sistemi diversi. FRATTURE O GIUNTI Caso presentato a studenti di geologia da Price. da Price & Cosgrove Cronologia di sovrapposizioni: criteri Interazione tra fratture di sistemi diversi. Fratture L opzione 7 èin genere quella che la maggior parte di noi geologi (sbagliando) sceglie dopo aver perso un po di tempo ad osservare affioramenti simili. da Price & Cosgrove, La maggior parte ritiene più probabile l opzione 2, perché? A prima vista 1 1a e 2 2a sono dislocate da 3a perciò A è più vecchio di C. B più giovane perché non dislocato. In realtà 4a non è dislocato, in 5 il movimento èopposto a quello di 1 1a. Quindi A non è dislocato da C e 1 e 1a sono fratture diverse più giovani di 3a. Osservando il dettaglio in (b) si vede che il sistema B èfatto di vene e le fratture coniugate indicano uno spostamento dell'alto verso destra. Quindi sembrerebbe valida l'opzione 4. Le relazioni tra 1a e 3c non sono però coerenti. L'assunto che tutte le fratture parallele siano coeve è probabilmente sbagliato! In realtà è probabile che le fratture più lunghe siano le più vecchi dello stesso sistema, e quindi bisogna individuare diversi sistemi, paralleli, ma di età diversa. 16
FRATTURE O GIUNTI Esfoliazione cipollare dovuta alla diminuzione del carico litostatico da Allmendinger Meccanismo di formazione: 1. controllo esercitato dalla topografia sulla loro orientazione. 2. i giunti di esfoliazione influenzano la topografia. da Fossen, 2010 FRATTURE O GIUNTI Giunti da scarico (unloading joint) 17
FRATTURE O GIUNTI Quali litologie sono interessate e come (relazione tra spaziatura fratture e spessore strati). Poiché le arenarie possono sopportare uno D maggiore di una argillite, a parità di sovraccarico (overburden) le prime hanno un σ 3 minore e quindi necessitano di una pressione neutra u minore per raggiungere la fratturazione idraulica. Fratturazione idraulica FRATTURE O GIUNTI In bacini sedimentari tettonicamente "quiescenti" per profondità inferiori a 3 km: u < P idrost. P eff = P idrost P fluidi Se aumenta la profondità la u aumenta più velocemente di 3 >la compattazione e l'effetto termico dell'acqua provocano la Fratturazione idraulica Le differenti caratteristiche meccaniche delle rocce influenzano la comparsa di giunti di fratturazione. Poiché le arenarie possono sopportare uno D maggiore di una argillite, a parità di sovraccarico (overburden) le prime hanno un σ 3 minore e quindi necessitano di una pressione neutra u minore per raggiungere la fratturazione idraulica. 18
Giunti colonnari FRATTURE O GIUNTI Sono sistemi di frattura tipici in rocce vulcaniche che isolano elementi colonnari a base prismatica (esagonale). Lo sforzo che li origina èdovuto a: raffreddamento (contrazione termica): maggiore nel corpo vulcanico che nelle rocce adiacenti effetto di saldatura tra il corpo vulcanico e le rocce incassanti: impedisce qualsiasi spostamento relativo. Ne consegue che: N è parallelo al contatto basale, è tensile nella vulcanite parallelo alle isoterme durante il raffreddamento, bilanciato da un N compressivo nella roccia incassante. Essendo le rocce più facilmente deformabili per uno sforzo tensile, il corpo vulcanico si frattura perpendicolarmente alle superfici isoterme. La forma esagonale èquella che permette un sistema di giunti più "compatto". La contrazione termica è dovuta sia al coeff. di espansione termica del materiale, che alla differenza di temperatura. Per contrazione legata a essiccamento si formano in maniera analoga i "mud cracks" FRATTURE O GIUNTI Per contrazione legata ad "essiccamento" con geometria analoga ai giunti colonnari si formano i "mud cracks" Strutture da "essiccamento" (mud cracks) nella successione cretacica della Sardegna centrale 19
Giunti colonnari FRATTURE O GIUNTI Colata lavica eruttata a 1020 C da Allmendinger La colata lavica si raffredda a 20 C. La deformazione, quindi la formazione di fratture, legata alla variazione di temperatura èdata da e= αδt, dove α èil coefficiente di espansione termica Considerando α =2,5 x 10 6 C 1 e un ΔT= 1000 C => e = 2,5 x 10 6 C 1 x 1000 C Se la lunghezza iniziale della colata è 1000 m, allora l'elongazione subita sarà: w f wi e w i w w ewi 2,5 10 w i 3 2,5m I giunti si formano perché la colata si raccorcia di 2,5 m. Poiché il flusso èsaldato alla base, non può raccorciarsi uniformemente in maniera continua (duttile) ma si suddividerà in colonne. Sommando tutti gli spazi che si formano tra le colonne in una colata lunga 1000m questi equivalgono a 2,5 m FRATTURE O GIUNTI Spaziatura dei giunti Esiste un rapporto tra spaziatura dei giunti e spessore dello strato fratturato cambia lo spessore di argilliti intercalate Probabili cause: Pressione dei fluidi u rapporto tra decremento della u in un area dove si forma la rottura in rapporto alla permeabilità della roccia. da Twiss & Moores, 1992 20
Relazione tra fratture ed altre strutture geologiche Le fratture spesso sono sono delle strutture deformative secondarie di altre strutture. Quando la stessa roccia è interessata da diverse fratture indicative di contesti strutturali differenti ad esempio in seppellimento ed in sollevamento. Strutture duttili prima di fragili. Fratture associate a Faglie Spesso le Faglie sono accompagnate da fratture di taglio coniugate che si sviluppano in aree adiacenti. Di questo tipo sono anche le tension gash e altre da Twiss & Moores, 1992 Relazione tra fratture ed altre strutture geologiche Fratture associate a Faglie 21
Relazione tra fratture ed altre strutture geologiche Fratture associate a Faglie Relazione tra fratture ed altre strutture geologiche Fratture associate a Faglie 22
Relazione tra fratture ed altre strutture geologiche Fratture associate a Pieghe da Twiss & Moores, 1992 Due sistemi coniugati: Ortogonali alla stratificazione; con angoli minori di 45 rispetto a 1 b = parallelo all asse della piega; a = perpendicolare a b e contenuto sul piano della stratificazione; c = perpendicolare ad a e b. Le proiezioni stereografiche mostrano l orientazione del sistema di coordinate, la stratificazione se non orizzontale (linee a punto) e le fratture (linee continue) Relazioni geometriche VENE da Van der Pluijm & Marshak Baccu Olioni, Villaputzu Disposizione planare Disposizione "stockwork" Porto su Tramatzu, Villaputzu 23
Relazioni geometriche VENE Sistema di vene planari composto da due famiglie ortogonali Torre dei Corsari, Sant'Antonio di Santadi Caratteristiche riempimento VENE Riempimento granulare da Van der Pluijm & Marshak Riempimento con fibre Limousin, Francia Baccu Trebini, Villaputzu 24
VENE Le caratteristiche del riempimento (accrescimento in fibre) possono registrare stati dello strain incrementale. da Allmendinger Le inclusioni fluide nelle vene registrano le condizioni termo bariche del momento in cui si sono formate le vene. VENE E importante distinguere il tipo di materiale che forma le vene. da Allmendinger Materiale nella vena con diversa composizione di quello della roccia incassante Materiale nella vena con stessa composizione di quello della roccia incassante (es.: vene di calcite in un calcare) N.B. Le fibre delle vene non sono deformate, ma crescono durante la deformazione. 25
VENE Tension gashes VENE (Tension gashes) 26
VENE (Tension gashes) da Allmendinger VENE (Tension gashes) 27
VENE (Tension gashes) da Mercier & Vergely Definizioni FAGLIE Una superficie lungo cui si può individuare un movimento. Un volume tabulare di roccia con una superficie di scorrimento centrale formata per un intensa fratturazione di taglio ed un volume di roccia circostante interessato da una deformazione fragile meno intensa dovuta alla faglia. Una discontinuità (frattura) con un movimento parallelo alla superficie dove domina un meccanismo deformativo fragile. Una zona di faglia èdata da una serie di faglie o superfici di taglio subparallele sufficientemente vicine da definire una zona. da Twiss & Moores, 1992 28
Definizioni FAGLIE Un volume tabulare di roccia con una superficie di scorrimento centrale (core) formata per un intensa fratturazione di taglio ed un volume di roccia circostante (damage zone) interessato da una deformazione fragile meno intensa dovuta alla faglia. da Fossen, 2010 DEFINIZIONI GEOMETRICHE FAGLIE Quando una faglia non èverticale il blocco sopra la superficie di faglia èdetto tetto (hangingwall), il blocco sottostante èdetto letto (footwall). da Twiss & Moores, 1992 Faglie con spostamenti verticali (dirette o inverse), con spostamenti orizzontali (trascorrenti) o con spostamenti obliqui o rotazionali. 29
Strutture estensionali o di raccorciamento FAGLIE Rigetto delle Faglie da Fossen, 2010 RD Rigetto parallelo alla direzione della faglia (Strike Separation) e RP Rigetto pendenza (Dip Separation) Il rigetto pendenza sul piano verticale si scompone in: Throw Rigetto verticale e Heave Rigetto trasversale Sul piano verticale che contiene il vettore scorrimento (RVR): RH Rigetto orizzontale e RV Rigetto verticale 30
Rigetto delle Faglie RVR Rigetto reale dislocazione di un punto noto dalla posizione A alla posizione A da Mercier & Vergely Sul piano di Faglia si può scomporre in diversi rigetti apparenti: RD Rigetto parallelo alla direzione della faglia (Strike Separation) e RP Rigetto pendenza (Dip Separation) Il rigetto pendenza sul piano verticale si scompone in: RV (Throw) Rigetto verticale e RT (Heave) Rigetto trasversale Sul piano verticale che contiene il vettore scorrimento (RVR): RH Rigetto orizzontale e RV Rigetto verticale Rigetto delle Faglie Lo spostamento totale lungo una faglia èdato da una direzione di spostamento e da un verso Direzione di Spostamento Non è determinabile se si osserva solo un piano rigettato! E necessario che si individui una linea Faglia che disloca la cerniera di una piega Rigetto reale (vettore spostamento) Faglia che disloca l intersezione di due piani da Twiss & Moores, 1992 31
Rigetto delle Faglie Relazione tra spostamento e spessore della zona deformata (damage zone) La maggior parte dei dati ricade intorno alla retta D= DT. Relazione tra spostamento e spessore della zona di maggiore deformazione (fault core) Dal diagramma si evince che nella maggior parte dei casi il nucleo della faglia (core) ha uno spessore pari a circa 1/100 del rigetto per faglie che hanno un rigetto intorno a 100m. da Fossen, 2010 Rigetto delle Faglie In genere lo spostamento èmassimo al centro della faglia e minimo alla tip line. da Fossen, 2010 32
Rigetto delle Faglie Aspetti geometriche del rigetto su una faglia isolata da Fossen, 2010 FAGLIE Rappresentazione cartografica 33
FAGLIE Criteri di riconoscimento Effetti sugli aspetti fisiografici: Faglie attive o non attive hanno fortemente influenzato la topografia, il reticolo idrografico, il deflusso dell acqua, nel procedimento inverso molti elementi topografici sono utili indizi di faglia. Effetti sugli elementi geologici: Le F. creano discontinuità nella successione stratigrafica e nella continuità dei corpi geologici. Criteri intrinseci alla genesi stessa delle faglie: Particolari strutture sviluppate nelle rocce interessate dalle faglie (rocce di faglia: cataclasiti e miloniti). Allineamenti di selle. Allineamenti di sorgenti. Deviazioni del reticolo idrografico. Riconoscimento delle Faglie Criteri Fisiografici Allineamenti di aree vegetate. Dislocazioni di elementi topografici. Scarpata di Faglia Faccette triangolari (Flatirons) da Twiss & Moores, 1992 Erosione di un area interessata da una faglia Scarpata erosiva di Faglia 34
Riconoscimento delle Faglie Deformazione degli elementi geologici Interruzione di elementi geologici con definita continuità laterale: ad es. strati sedimentari, filoni, scistosità... calcare eocenico Discontinuità nella successione stratigrafica (da non confondere con discordanze o contatti intrusivi). Scaglie tettoniche. scisti paleozoici Riconoscimento delle Faglie Deformazione degli elementi geologici Filoni di quarzo intrusi in granito dislocati da faglie dirette 35
Riconoscimento delle Faglie Deformazione degli elementi geologici Riconoscimento delle Faglie Deformazione degli elementi geologici Ripetizione od omissione della successione litostratigrafica (stratigraphic separation) Faglia inversa Faglia diretta Raddoppio tettonico Contatto sottrattivo da Twiss & Moores, 1992 La stratigraphic separation èil rigetto misurabile in un sondaggio uguale alla componente verticale della dip separation (throw) se la stratificazione èorizzontale. 36
Riconoscimento delle Faglie Deformazione degli elementi geologici Pieghe di trascinamento (Drag fold) L'asse delle pieghe di trascinamento fa un angolo molto alto rispetto al vettore spostamento da Twiss & Moores, 1992 Riconoscimento delle Faglie Aspetti cartografici Interruzione di contatti, pieghe, altre faglie, dicchi, ecc. senza spostamento visibile con spostamento visibile Ripetizione di successioni stratigrafiche 37
Riconoscimento delle Faglie Aspetti cartografici Troncatura (omissione) di successioni stratigrafiche senza spostamento visibile Raddoppi o aumenti anomali di spessore delle formazioni Riconoscimento delle Faglie Presenza di Rocce di faglia 38
Riconoscimento delle Faglie Presenza di Rocce di faglia Classificazione di Sibson, 1977 da Sibson, 1977 Cataclasiti e Miloniti Entrambe queste rocce si formano in presenza di una deformazione localizzata, a seguito cioè di una localizzazione dello strain che porta allo sviluppo di una zona di faglia. Il termine milonite èspesso usato con differenti significati: Una roccia a grana fine, foliata prodotta da una cataclasi molto spinta. Qualsiasi roccia foliata con riduzione della grana dovuta a qualsiasi meccanismo deformativo durante l evento tettonico. Una roccia di faglia in cui la matrice si èdeformata prevalentemente con meccanismo deformativo plastico, con grani a dimensioni maggiori (porfiroclasti) deformati in modo fragile. 39
Classificazione delle rocce di faglia secondo il meccanismo deformativo (secondo S. M. Schmidt & M. Handy, 1991) Cataclasiti Cataclasiti sono rocce in cui la maggiore parte dello strain viene accomodato dal meccanismo deformativo di cataclasi. Affioramenti di rocce cataclastiche sono generalmente caratterizzati da una fratturazione ed un alterazione diffusa. E possibile distinguere cataclasiti prive di coesione (brecce di frizione) da cataclasiti con coesione. La coesione della roccia può essere originaria, cioè posseduta anche durante la deformazione oppure essere acquisita secondariamente a seguito di fenomeni di cementazione. da Twiss & Moores, 1992 40
Cataclasiti da Fossen, 2010 Miloniti Miloniti sono rocce in cui la maggiore parte dello strain viene accomodato dai cristalli mediante meccanismi deformativi di tipo viscoso, cioè plasticità, scivolamento viscoso, dissoluzione e riprecipitazione. In rocce polimineraliche la fase che si deforma più facilmente accomoda lo strain totale della roccia se può formare una matrice continua attorno alla fase più competente. Quest ultima forma boudinage o clasti a secondo del contrasto di competenza tra le due fasi. da Passchier & Trouw, 1996 41
Pseudotachiliti Le pseudotachiliti sono rocce di faglia particolari composte da materiale vetroso nero o microcristallino, con inclusioni di frammenti della roccia incassante o minerali, che si forma per una fusione localizzata della roccia. Ha un aspetto planare, con talvolta caratteristiche vene iniettate perpendicolarmente alla superficie di taglio. In genere sono causate da un evento sismico, quindi una deformazione con un tasso di strain molto elevato e che produce una temperatura elevata, sono tipiche di un ambito fragile. da Passchier & Trouw, 1996 larghezza foto 13 mm da Trouw, Passchier & Wiersma 2010 larghezza foto 2 mm Riconoscimento delle Faglie Lungo superfici di faglia si possono riconoscere strutture che indicano la direzione di movimento: strie (Slickenline): strutture lineari originatesi per "abrasione"sul piano di faglia (Specchio di faglia o Slickenside) dai movimenti di frizione di un blocco rispetto all altro slickenfibres: fibre che crescono contemporaneamente al movimento (crescita di fibre di calcite, quarzo, ecc. in vuoti); indicano anche la cinematica, ma non la quantità del movimento! 42
Riconoscimento delle Faglie in linee sismiche da Fossen, 2010 Riconoscimento delle Faglie Dipmeter: relazione dati di immersione / profondità Misura continua della micro resistività lungo il sondaggio. Si possono evidenziare: a) Giacitura diverse; b) Cambi di inclinazione da Fossen, 2010 43
Riconoscimento delle Faglie Dipmeter: relazione dati di immersione / profondità da Fossen, 2010 Sismicità e Faglie Faglie sismiche Faglie asismiche Deformazione discontinua Deformazione continua da Fossen, 2010 Deformazione continua > bassi valori di σ n = livelli superficiali della crosta superiore faglie a basso angolo in sedimenti con elevata pressione dei fluidi 44
Deformazione continua èfavoritada > bassi valori di σ n livelli superficiali della crosta superiore faglie a basso angolo in sedimenti con elevata pressione dei fluidi. Litologie porose bassa temperatura (sotto la soglia di plasticità. Sismicità e Faglie Le faglie sismiche producono rigetti modesti: M 6,5 6,9 15 20 km lunghezza rigetti di 10 15 m. da Fossen, 2010 da Fossen, 2010 Le faglie tendono ad attivare solo una parte della loro superficie per volta. Distribuzione degli sforzi e Faglie Teoria di Anderson Interpretazione secondo il criterio di Coulomb: La superficie orizzontale della terra è una superficie libera che non trasmette lo sforzo di taglio s t ed èquindi uno dei piani principali dell'ellissoide dello sforzo. Lo sforzo verticale è perciò uno sforzo principale. Il piano di frattura contiene 2, l'angolo f tra frattura e 1 < 45, in genere èuguale a 30 Si originano dei Sistemi di Faglie Coniugate con angoli diedri. Conoscendo la giacitura delle faglie coniugate si possono determinare le direzioni degli sforzi principali. Faglia trascorrente Faglia diretta Faglia inversa da Fossen, 2010 45
Interpretazione dinamica delle Faglie: Teoria di Anderson Deformazione di tipo non rotazionale (assimilabile al taglio puro) da Mercier & Vergely Interpretazione dinamica delle Faglie: Teoria di Anderson Interpretazione che considera le faglie come prodotte da un modello meccanico per taglio secondo il criterio di Coulomb ( t = c + tg n) Questo modello non prevede però la formazione di Faglie dirette a basso angolo e Faglie inverse ad alto angolo. Inoltre le rocce non sono mai omogenee, ma hanno anisotropie planari che influenzano il loro comportamento se soggette a stress. 46
Deformazione per taglio semplice (Esperimento di Riedel) Deformazione rotazionale (assimilabile al taglio semplice) Taglio sinistro Riproposizione dell'esperimento di Riedel, da Tchalenko, 1971. Deformazione per taglio semplice (Esperimento di Riedel) Strutture nel caso di un taglio destro da Allmendinger N.B. La faglia principale (ovv. la zona di taglio parallela ai bordi delle piastre) si forma negli stadi finali della deformazione per interlacciamento delle fratture R e P che progressivamente ruotano verso il piano di taglio. 47
Deformazione per taglio semplice (Esperimento di Riedel) R R' P Faglia principale Indicatori cinematici lungo faglie (in ambito fragile) da Fossen, 2010 48
Indicatori cinematici lungo faglie (in ambito fragile) Fibre che crescono a un piccolo angolo rispetto al piano di faglia. Punti opposti della fibra uniscono punti che prima erano adiacenti. Quando uno dei due blocchi viene rimosso le fibre sul piano di faglia hanno una geometria a gradini. Il senso di spostamento del blocco rimosso èdato dal senso di crescita delle fibre. Fratture di estensione che intersecano il piano di faglia inclinandosi in direzione del movimento del blocco rimosso (T fracture). Fratture di estensione ad alto angolo con il piano di faglia con la concavità rivolta in direzione del movimento del blocco rimosso. da Twiss & Moores, 1992 Indicatori cinematici lungo faglie (in ambito fragile) da Twiss & Moores, 1992 Superfici striate (P) che non intersecano il piano di faglie talvolta associate con fratture di estensione (T) che tagliano il piano di faglia. Fratture di Riedel: R (sintetiche alla direzione del movimento) e R (antitetiche). Il piano di faglia èmolto irregolare. Non molto comune. Il piano di faglia è completamente striato. Le fratture di Riedel: R e R individuano dei gradini senza strie orientati in direzione opposta al movimento del blocco rimosso. Talvolta lungo le fratture R si hanno delle lunule: curvature concave verso la direzione di movimento del blocco rimosso. 49
Indicatori cinematici lungo faglie (in ambito fragile) La presenza delle tracce dei frammenti che hanno determinato le strie indica la direzione di movimento del blocco rimosso. da Twiss & Moores, 1992 Sebbene tipici di zone di taglio duttile anche nell ambito deformativo fragile si ritrovano degli indicatori cinematici tipo S C comuni sia nelle rocce clastiche che in quelle carbonatiche. Elementi di Curvatura di una foliazione individuata dall allineamento di minerali Indicatori cinematici lungo faglie (in ambito duttile) Orientazione e asimmetria di pieghe non cilindriche (sheat fold) Asimmetria delle code in Porfiroclasti tipo Asimmetria delle code in Porfiroclasti tipo Strutture interne in Porfiroclasti? Una rotazione limitata non èun indicatore sufficiente! Strutture a domino (bookshelf) Micro faglie (a scala sub millimetrica) da Twiss & Moores, 1992 50
Elementi di Faglie in 3 dimensioni L aspetto tridimensionale delle faglie (C.) sfugge spesso all attenzione del geologo sia per il loro aspetto sull affioramento ed in profilo (B.) che per la rappresentazione cartografica (A.) da Twiss & Moores, 1992 Elementi di Una faglia può avere una forma qualsiasi perpendicolare alla direzione di spostamento. Non è necessariamente una superficie piana! Faglie in 3 dimensioni Se la superficie non è piana in direzione parallela alla direzione di spostamento si creano problemi di spazio con conseguente deformazione del blocco a tetto o a muro Sistema di faglie in un campo petrolifero del Mare del Nord con andamento curvo ortogonale alla direzione di spostamento e andamento piano parallelamente. da Fossen, 2010. 51
Faglie in 3 dimensioni Rappresentazione tridimensionale delle relazioni tra una faglia e la superficie dislocata, utilizzato spesso nelle prospezioni minerarie. Cutoff point: intersezione tra la faglia e una superficie dislocata sin 2D, in genere un limite formazionale, o uno strato. Cutoff line: la linea di intersezione tra la faglia e una superficie dislocata in 3D. da Fossen, 2010 Elementi di Faglie in 3 dimensioni Si distinguono rampe (ramp) frontali e laterali che connettono i diversi segmenti della faglia. Le rampe laterali possono essere parallele od oblique alla direzione di spostamento da Twiss & Moores, 1992 52
Faglie in 3 dimensioni da Twiss & Moores, 1992 La terminazione di una faglia èdetta Tip line e diventa una frattura di tipo II o tipo III a secondo della sua orientazione rispetto alla direzione di spostamento Elementi di Faglie in 3 dimensioni Quando una faglia termina congiungendosi con un altra la linea di intersezione èdetta Branch line da Twiss & Moores, 1992 La terminazione di una faglia avviene in genere in diverse faglie minori dette splay, che spesso formano una geometria a ventaglio (imbricate fan) 53
Elementi di Faglie in 3 dimensioni Evoluzione di un sistema di faglie con formazione di rampe (strutture di collegamento). da Fossen, 2010 Determinazione del campo degli sforzi dalle Faglie Metodo basato sul Modello di Anderson Basato sulle relazioni tra Sforzi principali e Faglie in base al Criterio di fratturazione di Coulomb) Riconoscimento della direzione di trasporto tettonico (strie, ecc.). Sistemi di faglie coeve. Angoli 40 90. Senso di taglio opposto. 2 = intersezione tra le due faglie. 1 = bisettrice dell'angolo acuto tra le due faglie. 3 = bisettrice dell'angolo ottuso tra le due faglie. 54
Determinazione del campo degli sforzi dalle Faglie Metodo basato sul Modello di Anderson (del diedro acuto) Nel caso si abbia solo una superficie di Faglia e non un diedro coniugato: Riconoscimento della direzione di trasporto tettonico (strie, ecc.). Sistemi di faglie coeve. Angoli 40 90. Senso di taglio opposto. 2 = giace sul piano di faglia orientato a 90 dalla direzione di movimento. 1 = è un punto del grande cerchio con polo 2 ad un angolo rispetto alla direzione di movimento. 3 = è un punto del grande cerchio con polo 2 ad un angolo 90- rispetto alla direzione di movimento con direzione opposta al 1. Determinazione del campo degli sforzi dalle Faglie Metodo cinematico E' possibile ricostruire il campo degli sforzi anche se si conosce la giacitura di una sola faglia e la direzione di movimento ad essa associata (es. misurandone le strie), costruendo un piano di movimento perpendicolare alla faglia e che contiene la direzione di movimento (piano di movimento o piano di shear). Il σ 1 e il σ 3 saranno contenuti su questo piano a 90 tra loro e a 45 (*) dal polo. La posizione del σ 1 dipende dal verso di movimento dell'indicatore cinematico. Regola generale: la freccia del vettore spostamento (stria) immerge sempre verso l'asse di massima estensione e nella direzione opposta all'asse di massimo raccorciamento. da Allmendinger 55
Determinazione del campo degli sforzi dalle Faglie da Rowland et al., 2007 Determinazione del campo degli sforzi dalle Faglie da Rowland et al., 2007 56
Determinazione del campo degli sforzi dalle Faglie Metodo grafico del diedro retto (Pegoraro, 1972) Nel caso si abbiano più faglie con cinematica differente, generate sotto lo stesso campo di sforzi. Si costruisce su uno stereonet per ogni faglia (F) un piano ausiliare (PA), ortogonale alla faglia ed alla stria, ottenendo quindi quattro diedri retti. Si distinguono i due diedri in compressione da quelli in estensione (partendo dal piano di faglia con la stria). 1 e 3 giacciono in posizione qualsiasi all interno dei diedri rispettivamente in compressione ed in estensione, come tipico nei mezzi anisotropi. Si proiettano per molte faglie i rispettivi diedri fino a ridurre la zona in compressione e quella in distensione. Se esiste un campo di sforzi unico che giustifica il movimento di tutta la popolazione di faglie proiettate, l asse 1 si trova nella zona comune di compressione e viceversa per l asse 3. E importante che le zone in compressione ed in distensione siano in comune a tutti i diedri in compressione ed estensione. da Mercier & Vergely CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE A.A. 2013-2014 Corso di GEOLOGIA STRUTTURALE Docente: Antonio Funedda FRATTURE E FAGLIE - II 57
1 verticale Faglie dirette (o normali) raccorciamento verticale (parallelo a 1 ) ed estensione orizzontale (parallela a 3 ) In genere non si ha inversione del principio di polarità stratigrafica, a meno che la faglia non interessi rocce già deformate. Viene considerata anche come un contatto tettonico sottrattivo, in quanto alcuni termini della successione litostratigrafica possono essere elisi dalla faglia. Faglie dirette (o normali) Faglie estensionali 58
Elementi di Faglie dirette (o normali) Elementi di Faglie dirette (o normali) Effetto apparente di rigetto nel caso di Faglie normali Apparente ripetizione stratigrafica Apparente rigetto orizzontale sinistro Apparente rigetto orizzontale destro Apparente assenza di rigetto da Twiss & Moores, 1992 59
Elementi di Aspetto e spostamento nelle Faglie Dirette La forma delle faglie dirette sulla superficie topografica ha un andamento curvilineo, non solo per l'interferenza con la morfologia del terreno, ma anche perché le F. stesse hanno una superficie non piana La forma in profondità può cambiare, al variare dell'immersione del piano di faglia : FAGLIE LISTRICHE. In F. dirette ideali lo spostamento è parallelo alla direzione d'immersione. Se l'orientazione della F. cambia lo spostamento del blocco fagliato a tetto (considerato rigido) potrebbe non essere ovunque parallelo all'immersione. Elementi di FAGLIA LISTRICA 60
Elementi di Aspetto e spostamento nelle Faglie Dirette Lo spostamento può essere rotazionale o non rotazionale: se l'immersione ècostante nella direzione di spostamento e la F. stessa non ruota il blocco mantiene la stessa giacitura In F. listriche la rotazione del blocco a muro (Anticlinale di "roll over") avviene in genere lungo un asse parallelo alla direzione della F. Se la F. cambia inclinazione nella successione a tetto si possono formare sinclinali di rampa nel caso che due segmenti della F. siano uniti da un segmento più inclinato (caso A) o anticlinali se il segmento di collegamento èmeno inclinato (caso B). da Twiss & Moores, 1992 Spostamento in F. dirette con geometria "Ramp flat" e deformazione caratteristica del blocco a tetto. Elementi di Faglie di crescita (Growth fault) Lo spostamento lungo la superficie della faglia avviene durante la sedimentazione. Lo spessore della successione a tetto è maggiore di quella coeva a muro. da Twiss & Moores, 1992 61
Elementi di Misura della estensione associata a faglie dirette In genere è possibile stimare l estensione analizzando la geometria della faglia Estensione => e = (l L)/L Condizioni: 1. Orientazione uniforme 2. Estensione totale uguale alla somma dell'estensione su ogni singola faglia F. non rotazionali Per una singola faglia => L = d cos da Twiss & Moores, 1992 F. rotazionali Si assume in più che: a) la strato fosse inizialmente orizzontale; b) le F. abbiano in media la stessa orientazione, spaziatura e direzione di movimento. e = (ABf ABi) / AB i => e = d/l (cos +cos 1) d/l = sen /sen => sen ( ) = sen cos + sen cos Estensione e = [sen ( ) / sen ] 1 Associazione strutturale di faglie dirette da Twiss & Moores, 1992 Sistemi di faglie dirette molto inclinate con senso di movimento opposto individuano blocchi (aree) sollevati (horst) o blocchi abbassati (graben). Graben di decine di km di larghezza e centinaia di km di lunghezza sono detti rift. Caratterizzano aree in estensione. 62
Associazione strutturale di faglie dirette da Fossen, 2010 Modello cinematico della formazione di un Graben (= descrizione dei movimenti che sono avvenuti lungo la faglia) I volumi di roccia interessati da una faglia devono essere conservati, a meno di fenomeni di dissoluzione. Anticlinale di roll over Con superfici di faglia non planari con il procedere dell estensione si avrebbe lo sviluppo di vuoti, che vengono occupati da un abbassamento del tetto con pieghe (anticlinale di roll over) oppure con faglie. da Twiss & Moores, 1992 63
Modello cinematico della formazione di un Graben (= descrizione dei movimenti che sono avvenuti lungo la faglia) La rotazione lungo una faglia listrica è accomodata da faglie sintetiche I vuoti creati lungo il contatto di scollamento basale (detachment) possono essere chiusi da faglie antitetiche Un altro modello prevede altre faglie listriche radicate nel contatto di scollamento basale. L inclinazione degli strati aumenta allontanandosi dalla faglia principale nella direzione dello scorrimento da Twiss & Moores, 1992 I vuoti triangolari (gap) esistono perché ammettiamo un comportamento rigido! Elementi di Estensione alla scala litosferica Durante lo sviluppo di una faglia normale due punti sui due lembi della faglia vengono progressivamente allontanati nella direzione dello scorrimento. Questo fatto però comporta che da qualche parte nel blocco a tetto vi sia una zona in compressione che compensi l estensione o in alternativa che anche il blocco al di sotto del contatto tettonico basale (detachment) si possa estendere da Twiss & Moores, 1992 64
Associazione strutturale di faglie dirette Metamorphic core complex da Fossen, 2010 Estensione sin orogenica e collasso orogenico Associazione strutturale di faglie dirette da Fossen, 2010 65
Associazione strutturale di faglie dirette Collasso gravitativo da Fossen, 2010 Elementi di Estensione alla scala litosferica Modello per taglio puro L estensione nella crosta al di sotto del limite fragile duttile avviene per deformazione duttile Modello per taglio semplice Modello di Wernicke & Burchfield L estensione nella crosta al di sotto del limite fragile duttile avviene per deformazione duttile e la faglia termina alla base della litosfera. Il contatto basale èmarcato da una fascia milonitica molto ampia. L immersione delle faglie dirette èin genere sintetica da Twiss & Moores, 1992 66
Elementi di Faglie inverse Raccorciamento orizzontale porta a faglie inverse e sovrascorrimenti (è solo differente l inclinazione). Inclinazione Faglie inverse > 30 Sovrascorrimenti (Thrust) < 30 Rapporti di sovrapposizione lungo una faglia inversa da Twiss & Moores, 1992 Elementi di Faglie inverse 67
Elementi di Faglie inverse Elementi di Faglie inverse Effetto apparente di rigetto nel caso di Faglie inverse Raddoppio tettonico Apparente rigetto orizzontale sinistro Apparente "sottrazione" stratigrafica Apparente rigetto orizzontale destro da Twiss & Moores, 1992 68
Elementi di Casi particolari Faglie inverse Non viene rispettata la regola: vecchio su giovane! da Allmendinger Elementi di Rapporti tra pieghe e faglie inverse A. La deformazione non èpiù accomodabile dalla piega e una F. inversa taglia il fianco più inclinato o rovesciato B. Piega formata per propagazione della F.inversa (Fault propagation fold) C. Faglia inversa che si genera da una piega per assottigliamento e lacerazione del fianco rovescio (Piega Faglia). da Twiss & Moores, 1992 69
Elementi di Contesto geodinamico Faglie inverse Tipo andino: sovrascorrimenti antitetici (= vergenti verso il retropaese) da Allmendinger Tipo himalayano: sovrascorrimenti sintetici (= vergenti verso l'avanpaese) da Allmendinger Elementi di Sistemi di sovrascorrimenti Terminologia Décollement sovrascorrimento basale, generalmente sovrappone rocce indeformate su un basamento precedentemente deformato. Thick skinned Generalmente intesa quando nei sovrascorrimenti viene coinvolto anche il basamento (tettonica di zoccolo). Thin skinned Generalmente intesa quando nei sovrascorrimenti viene coinvolto solo copertura (tettonica di copertura). Alloctono un volume di roccia che è stato spostato dalla sua area di formazione (bacino o altro) originale. Autoctono un volume di roccia che non èstato spostato rispetto alla sua area di formazione originale. Parautoctono un volume di roccia che èstato spostato dalla sua area di formazione in quantità molto minore rispetto alle rocce circostanti. Klippe blocco isolato di rocce che testimonia l'estensione di una falda a scala maggiore, per cause erosive o legate ad una tettonica successiva. Finestra tettonica area interna ad un'unità alloctona dove affiora l'unità autoctona sottostante il sovrascorrimento. da Twiss & Moores, 1992 70
Elementi di Sistemi di sovrascorrimenti Regole principali sulla geometria a "Ramp flat" (Dahlstrom, 1969;1970) Concetti base I sovrascorrimenti: 1) tendono a interessare i terreni più recenti nella direzione di trasporto tettonico. 2) sono paralleli alla stratificazione nei livelli incompetenti e attraversano quelli competenti. 3) sono sempre più recenti procedendo verso la direzione di trasporto tettonico. Queste regole si basano sull'assunto che i sovrascorrimenti interessino una successione sedimentaria suborizzontale e indeformata. Elementi di Sistemi di sovrascorrimenti Il raccorciamento porta progressivamente allo sviluppo di una serie di sovrascorrimenti in sequenza che possono aver due versi di propagazione 1. Verso la zona esterna (non deformata), ed èil caso più comune 2. Verso la zona interna, più raro 71
zona interna zona esterna Sistemi di sovrascorrimenti Esempio di sovrascorrimenti che si propagano verso la zona esterna da Twiss & Moores, 1992 I sovrascorrimenti interessano la successione a muro propagandosi verso la zona esterna. I duplex sono prodotti per progressivo avanzamento del sovrascorrimento di base (floor thrust) verso il muro ed inglobandone frammenti come scaglie (horse) nel tetto (hanging wall). La quantità di spostamento della scaglia che sovrascorre oltre la sua rampa frontale influenza la geometria del sovrascorrimento di tetto e quindi del sistema. Sistemi di sovrascorrimenti Esempio di sovrascorrimenti che si propagano verso la zona esterna Antiformal stack: Il piegamento è successivo alla formazione di thrust, si hanno se lo spostamento porta il tip di ogni scaglia oltre il punto dove emergerà la rampa successiva. da Twiss & Moores, 1992 Hinterland dipping duplex: si hanno se il rigetto è relativamente piccolo, rispetto alla lunghezza della rampa. Se è minore o maggiore il sovrascorrimento di tetto avrà una struttura irregolare. da Twiss & Moores, 1992 72
Sistemi di sovrascorrimenti Esempio di sovrascorrimenti che si propagano verso la zona esterna da Twiss & Moores, 1992 Foreland dipping duplex: si hanno se lo spostamento èancora maggiore, e solo la parte più arretrata della scaglia più recente sovrasta il fronte della scaglia in formazione Sistemi di sovrascorrimenti Pieghe legate ai sovrascorrimenti Spesso ai sovrascorrimenti sono associati pieghe asimmetriche con un fianco sub verticale o addirittura rovesciato Spiegazioni proposte dai diversi autori possono essere sintetizzate come segue (Suppe & Medwedeff, 1990): 1) Si formano prima le pieghe BREAK THRUST MODEL 2) Si formano prima i sovrascorrimenti FAULT BEND FOLDING 3) Sovrascorrimenti e pieghe si formano contemporaneamente FAULT PROPAGATION FOLDING BREAK THRUST 73
Sistemi di sovrascorrimenti Pieghe legate ai sovrascorrimenti da Allmendinger Sistemi di sovrascorrimenti Pieghe legate ai sovrascorrimenti differenze Generalmente ammettono una profondità del sovrascorrimento di base minore rispetto alle Faultpropagation folds. Non giustificano anticlinali e sinclinali a muro con fianchi rovesciati. Interpretazione preferibile per aree dove le strutture si possono estendere a gran profondità, dove il raccorciamento è relativamente piccolo e non si può trasferire in strutture adiacenti. da Allmendinger La profondità del sovrascorrimento basale (décollement) dipende dal grado di disarmonia delle pieghe alla base. 74
Published in "Bulletin de la Société Géologique de France" 179(3): 297 314, 2008" Relazioni tra pieghe e faglie (fault-bend e fault-propagation folding) Analisi cinematica e geometrica Per l'interpretazione geometrica di sistemi di thrust e pieghe correlate possono essere fatte alcune assunzioni: Non esistono vuoti come risultato del movimento lungo la faglia. Il passaggio tra la rampa ed il piano (flat) ènetto. Lo spessore ortogonale degli strati nel blocco deformato ècostante. La lunghezza degli strati nel blocco deformato è conservata. Gli strati che non vengono "coinvolti" nel piegamento non si deformano. Inoltre: Il piegamento avviene per flexural slip (piegamento per taglio concentrico). Le pieghe hanno una geometria tipo kink (pieghe coniugate) e sono di tipo simile (classe 2). 75
Relazioni tra pieghe e faglie Analisi cinematica di Fault bend fold da Twiss & Moores, 1992, mod. da Suppe, 1983 Le linee tratteggiate indicano la giacitura se gli strati non fossero deformati = angolo di piegamento della faglia (tra ramp e flat); = angolo di cut-off iniziale; = angolo di cut-off finale; = angolo di interlembo, bisecato dal piano assiale; = angolo di piegamento; 180 La relazione tra questi parametri permette di ricavare la seguente relazione: tg cos sen 0,5 sen sen 0,5 sen sen sen0,5 Se il piano è orizzontale e quindi: sen tg tg 2 cos Relazioni tra pieghe e faglie Sviluppo di una fault bend fold con un'unica rampa Con il primo incremento di spostamento lungo la faglia si formano due pieghe tipo kink (coniugate) in prossimità del passaggio tra la rampa ed il piano (A' A e B' B). I piani assiali A' e B' sono fissi nei punti X' e Y' rispetto al tetto (HW) e si spostano con il procedere della deformazione. I piani assiali A e B sono fissi rispetto al muro (FW) nei punti X e Y, perciò al procedere della deformazione il blocco a tetto migra attraverso questi piani assiali e la zona deformata delle pieghe coniugate aumenta. Quando il punto Y' a tetto, a cui è attaccato il piano assiale B', raggiunge il punto X nella parte più alta della rampa, la piega raggiunge la sua ampiezza massima, il piano assiale B' diventa fisso al punto X e il piano assiale A diventa fisso al punto Y' a tetto. L'ulteriore spostamento lungo al faglia comporta che i piani assiali A e A' sono ora fissi rispetto al tetto (HW) e si muovono con esso, mentre i piani assiali B e B' sono ora fissi sono ora fissi rispetto al muro (FW) nei punti dove la rampa passa al piano. Il materiale èsottoposto a deformazione per taglio quando attraversa il piano assiale B'. (da Woodward et al., 1986) 76