TEMA 13: La Deformació de les Roques (PDF)

TEMA 13 13.1. La deformació de les roques. Principals estructures de deformació. Règims tectònics i associacions estructurals Cap de Creus  GEOLOGIA ESTRUCTURAL I TECTÒNICA La geologia estructural i la tectònica estudien la deformació de les roques centrant-se en aspectes com:...

TEMA 13 13.1. La deformació de les roques. Principals estructures de deformació. Règims tectònics i associacions estructurals Cap de Creus  GEOLOGIA ESTRUCTURAL I TECTÒNICA La geologia estructural i la tectònica estudien la deformació de les roques centrant-se en aspectes com: observacions geomètriques (per exemple, forma) mesures cinemàtiques (deformació) models dinàmics (estat d’esforços)  ESFORÇ I DEFORMACIÓ Esforç: força (F) per unitat de superfície (A) Deformació: conjunt de Exemple: transformacions d’un cos S (escurçament) = Lf / Li (des d’una geometria inicial a una altra de final) en resposta als esforços Lf aplicats Li  DEFORMACIÓ DE LES ROQUES El desplaçament de les plaques litosfèriques es tradueix en una deformació de les roques, ja que aquestes es veuen sotmeses a esforços. vora vora convergent vora divergent transformant Van der Pluijm & Marshak (2016) DEFORMACIÓ CONTÍNUA I DISCONTÍNUA (depèn de l’escala d’observació) DEFORMACIÓ CONTÍNUA DEFORMACIÓ DISCONTÍNUA DEFORMACIÓ CONTÍNUA DEFORMACIÓ CONTÍNUA HOMOGÈNIA DEFORMACIÓ CONTÍNUA HETEROGÈNIA Deformació discontínua Comportament fràgil Deformació contínua Comportament dúctil  ESTILS TECTÒNICS El tipus d’estructures de deformació a les roques depèn de les condicions de pressió (P) i temperatura (T) a les que estiguin sotmeses. P i T baixes: domina el comportament fràgil P i T elevades: domina el comportament dúctil Mattauer (1973) El comportament de les roques també depèn d’altres factors com: el ritme de deformació, la pressió de fluids i les propietats intrínseques dels materials (propietats reològiques). fràgil dúctil Conglomerats deformats (Rainy Lake, Canadà)  MACRO ESCALA DE LES ESTRUCTURES DE DEFORMACIÓ MESO MICRO  PRINCIPALS ESTRUCTURES DE DEFORMACIÓ ESTRUCTURES DE DEFORMACIÓ FRÀGIL: FRACTURES diàclasis venes falles ESTRUCTURES DE DEFORMACIÓ DÚCTIL: plecs estructures de boudinage foliacions zones de cisalla  TIPUS DE FRACTURES en relació al desplaçament relatiu entre blocs no moviment relatiu dilatació moviment relatiu entre blocs, entre blocs esquerda de tensió paral·lel a la fractura DIÀCLASI VENA FALLA  DIÀCLASIS (JOINTS) Fractures sense desplaçament apreciable. Pròpies de zones superficials de l’escorça. Moltes diàclasis són fractures de tensió no obertes o lleugerament obertes i tapissades de minerals. Molly's Castle, Utah (USA) https://folk.uib.no/nglhe/deformationbands.html Les diàclasis són importants en: Geomorfologia (configuració del paisatge) Hidrogeologia (circulació d’aigües) Sistemes hidrotermals, dipòsits minerals i d'hidrocarburs Geotècnia Mineria, pedreres Formen: famílies: conjunt de diàclasis paral·leles entre sí i sistemes o xarxes de diàclasis (2 o més families) Montserrat Montserrat (Vissir, ICGC) Arches National Park (USA) http://www.geology.wisc.edu/  Sistema de diàclasis ortogonals Dues families de diàclasis ortogonals i (Tessellated Pavement, Tasmània) una en diagonal https://www.amusingplanet.com/ (Zona Axial Pininenca) Tipus particulars de diàclasis: Els esforços que les originen no són directament tectònics Exfoliació, descompressió per erosió Esquerdes de dessecació (paral·lel a la topografia) (vist al Tema 9)  Islàndia https://geologypics.com/ Efecte de la contracció per refredament: en particular lava que en cristal·litzar experimenta pèrdua de volum. Exemple: disjunció columnar (basalts) (vist al Tema 6)  VENES (filons, dics, anglès: veins & dykes) Esquerda en un cos rocós caracteritzada per la presència de material que pot provenir de: precipitació d’un fluid cristal·lització d’un magma ex: venes de quars ex: dics de dolerita Venes i mineralització: importància econòmica  FALLES (anglès: FAULTS) Fractures amb desplaçament lateral entre blocs. Elements d’una falla: Estria (driecció de moviment) bloc superior Pla de falla amb estries Boadella (Empordà) Tipus de falles (segons el moviment i orientació del pla): Normal bloc superior baixa, produeix extensió Inversa bloc superior puja, produeix escurçament de moviment obliqu Direccional desplaçament horitzontal Falles normals Falles inverses Falles direccionals dextra senestra Tipus particular de falla inversa: encavalcament (thrust) Sistema d’encavalcaments Allmendinger (1990) Falles conjugades (normals en aquests casos) Falles i topografia  PLECS (FOLDS) I BOUDINS Inestabilitats de caràcter dúctil produïdes per deformació de materials de diferents propietats mecàniques. Escurçament paral·lel a la capa: PLECS Estirament paral·lel a la capa: BOUDINS  PLECS Elements d'un plec Flancs Superfície axial Xarnera 2D: punt, 3D: línia quan és recta s’anomena eix Superfície axial 2D: línia, 3D: superfície flanc quan es planar s’anomena pla flanc axial Plecs segons la disposició espacial Anticlinal: materials més antics al nucli Sinclinal: materials més moderns al nucli Termes només aplicables a seqüències estratificades! Antiforme: flancs cabussen des de la xarnera oposadament Sinforme: a l'inrevés Termes aplicables en qualsevol tipus de roca amb plecs de xarnera sub- horitzontal Seqüència de plecs, Psiloritis Geopark (Creta) Imatge cedida per Alfred Montserrat Quan la xarnera és sub-vertical es poden classificar com: M (simètrics), S o Z (asimètrics) “M” “S” “Z” simetria/asimetria i ordres de plegament Plecs segons l'angle entre flancs laxes (180-120º) oberts (120º-70º) tancats (70º-30º) apretats (30º-0º) Isoclinals (0º) Plecs en esquistos, roques calcosilicatades i en venes de quars (Cap de Creus) Plecs disharmònics Cap de Creus Plecs tipus Chevron Xarneres agudes i flancs rectes. Típics de sèries ben estratificades Plecs i topografia https://app.visiblegeology.com  ESTRUCTURES DE BOUDINAGE Estructures que es formen per extensió paral·lela a capes o altres objectes planars (per exemple dics) relativament competents. incompetent incompetent competent competent Elements d’una estructura de boudinage (3D) Boudins en roques metasedimentàries Boudins en venes i dics Boudinage tipus “pinch-and-swell” Precipitació de material a l’interboudin (interès metal·logenètic) Modelització d’estructures de boudinage amb plastilines amb parafines Plecs i boudins per deformació progressiva + temps + deformació  (introduït al Tema 12 FOLIACIONS de Metamorfisme) Sota l’efecte d’esforços diferencials (tectònics), els grans adopten una orientació preferent segons plans. Es genera una FOLIACIÓ. Granit Gneis Foliació: fàbrica planar anisòtropa; orientació planar en la direcció de màxim aixafament tectònic (perpendicular a la direcció de màxima compressió). Sovint la foliació és paral·lela a la superfície o pla axial dels plecs = foliació de pla axial  Exemples de foliacions Foliació en pissarres (pissarrositat) Foliació gnèissica Foliació en esquistos (esquistositat) Foliació milonítica  ZONES DE CISALLA (SHEAR ZONES) Bandes d'intensa deformació dúctil o de la transició fràgil-dúctil localitzades entre dominis menys o gens deformats i que comporten un desplaçament relatiu dels dominis adjacents. deformat granit no deformat milonític Zona de cisalla en granit granit deformat granit no https://blogs.egu.eu/divisions/ts/2021/01/25/features-from-the-field- shear-zones-and-mylonites/  20 m Zona de cisalla en roques magmàtiques Zona de cisalla en esquistos i venes bandades (Illes Hèbrides, Escòcia) (Cap de Creus)  Illes Hèbrides (Escòcia) Roses (Cap de Creus)  Sudipta Sengupta (Calcutta, 1946) Professora de Geologia Estructural a la Universitat de Jadavpur, Calcuta, Índia, i experta alpinista. Una de les primeres dones índies (juntament amb l’oceanògrafa Aditi Pant) a trepitjar l'Antàrtida. Ha publicat nombrosos treballs de Geologia Estructural i un llibre recent (2024) sobre les seves memòries com a científica i exploradora.  RÈGIMS TECTÒNICS I ASSOCIACIONS ESTRUCTURALS Tectònica compressiva: Escurçament, orogènia, serralades, engruiximent cortical Tectònica distensiva: Extensió, zones deprimides, conques, aprimament cortical Tectònica direccional: Desplaçaments laterals. Pot anar associada a tectònica compressiva o distensiva  TECTÒNICA COMPRESSIVA Associació de plecs i encavalcaments. Grans serralades de plegament: Alps, Himalaia, Rocalloses, Pirineu, Atlas, etc. Nappe de Morcles (Alps)  Pirineus Muñoz (2002) Teixell et al., 2016 Pirineu Zona Axial: compressió Varisca Estany inferior de la Gallina (Parc Natural de l’Alt Pirineu) Pirineu Compressió Alpina, mantells del Cadí-Pedraforca Pedraforca (Martínez i Casòliva, 2000) Pirineu Compressió Alpina a les conques d’avantpaís plegat Montclar d'Urgell (Agramunt)  TECTÒNICA DISTENSIVA Falles normals Rift: associació de falles normals conjugades horst (zona elevada) graben (fossa, conca sedimentària) horst horst graben horst graben graben Rift d’Àfrica oriental Rift d’Europa occidental (ex: Fossa Vallès-Penedès) Conques oceàniques Fossa Vallès-Penedès Colònia Sedó (Sàbat, 2005)  Scotese and van der Pluijm (2020) Formació de conques oceàniques  TECTÒNICA DIRECCIONAL Falles de direcció Falla de San Andrés (Califòrnia) https://commons.wikimedia.org  TECTÒNICA DIRECCIONAL Falles de direcció Falla de San Andrés (Califòrnia) Associació tectònica direccional i compressiva Nova Zelanda: col·lisió oblíqua  Col·lisió India - Euràsia Model d’indentador Associació tectònica direccional i distensiva Entren en joc les falles transformants. En parlarem al Tema 14! 13.2. Estructures de deformació i geologia aplicada  IMPORTÀNCIA Geotècnia (enginyeria geològica, obra pública) Mecànica de roques Estabilitat de talussos Embassaments, túnels, mines, pedreres, … Hidrogeologia Prospecció d'hidrocarburs  GEOTÈCNIA Mecànica de roques Assaigs amb roques per determinar la seva resposta mecànica enfront les obres d’enginyeria. Premsa Mostra Corves esforç - deformació  GEOTÈCNIA Plane Wedge Circular Anàlisi d’estabilitat de talussos Toppling -sliding Babiker et al. (2014) Carter (2015)  GEOTÈCNIA Estabilitat de talussos autopista AP2 (La Jonquera) autopista A-8 (Bilbao-Behobia)  GEOTÈCNIA Embassaments Mines  GEOTÈCNIA Pedreres Pissarres Granit  GEOTÈCNIA Túnels Construcció túnel USA (1900) Tuneladora (2005) Túnel del Carmel L5 Metro Barcelona 2005 2007-2009 HIDROGEOLOGIA  PROSPECCIÓ D’HIDROCARBURS (vist al Tema 10.2) Trampes estructurals Plec anticlinal Falla roca impermeable roca magatzem roca mare Wikimedia  13.3. Exemples de geoconservació d’estructures tectòniques Dos exemples del Cap de Creus Exemples en carreteres  Cap de Creus (àmbit del Parc Natural) Zones de cisalla (top 10 mundial)  Boudinage en pegmatita milonítica Plecs en vena de quars Plecs en amfibolita  Cap de Creus (Far de Roses: fora del Parc Natural) Zones de cizalla de Roses  Cap de Creus (Far de Roses: fora del Parc Natural) Espai d’Interès Geològic Far de Roses http://rosespedia.cat/index.php?title=Espai_d%27interès_Geològic_Far_de_Roses Estructures de deformació en carreteres Zanjan-Mianeh Highway (Iran) Foto: Seyed Tohid Nabavi Loch Inver (Escòcia)  Van Hise Rock (Wisconsin, USA) National Historic Landmark Placa del 1923 The Sideling Hill Road Cut (Apalatxes)  Plecs i falles del Coll de Montclar carretera C-14, Montclar d’Urgell (entre Agramunt i Artesa de Segre)  Plecs de la Vall de Cardós Geòtop 112 IEIGC carretera L-504, entre Ainet i Arròs de Cardós  Farina de falla i xaragalls de Ribes Blaves (Olesa de Montserrat) Geòtop 320 IEIGC carretera B-120 entre Olesa de Montserrat i Viladecavalls Fotos: Isaac Camps https://www.blocdecamp.cat/2019/08/ribes-blaves-el-millor-aflorament- de.html?fbclid=IwAR0n_5EXZuu7KtzlmWqym7fjNlvhhCJ0Bxot01rjLcdJ3M29OwYaaZjR048