Presentazione di PowerPoint - Home - people.unica.it · 2017-12-09 · 1 Insegnamento di GEOLOGIA STRUTTURALE Docente: Antonio Funedda Foliazioni CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE

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Insegnamento di

GEOLOGIA STRUTTURALE

Docente: Antonio Funedda

Foliazioni Foliazioni

CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE

A.A. 2017-2018

FOLIAZIONI Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari Geologia Strutturale

Una foliazione è un insieme di superfici planari omogeneamente distribuite in una roccia.

E' un termine molto generale che comprende qualsiasi tipo di superficie o discontinuità (es.

scistosità, clivaggio, ecc.):

Foliazioni primarie: sono quelle di origine sedimentaria o magmatica: stratificazione, pseudo-

stratificazione nei fussi piroclastici, fluidalità magmatica, ecc.

Foliazioni secondarie: sono dovute alla deformazione e al metamorfismo: clivaggio, scistosità.

In ambito metamorfico una foliazione spesso le rocce si fratturano facilmente (anche con il

martello) lungo queste superfici ("fissilità al martello").

Una roccia può contenere una o più foliazioni, esse sono nominate progressivamente dalla

più vecchia alla più giovane con: S1 , S2 , S3 , ecc. .

La stratificazione è definita: S0

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Geologia Strutturale

Classificazione morfologica delle foliazioni secondarie

(secondo Borradaile et al., 1982; da Passchier & Trouw, 1997)

Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari


Classificazione morfologica delle foliazioni secondarie

(da Passchier & Trouw, 1997)


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Geologia Strutturale Sviluppo delle foliazioni secondarie

Il clivaggio (condizioni di basso grado metamorfico) si forma prvalentemente per:

•rotazione di grani e minerali,

•crescita di nuovi minerali (blastesi) secondo una direzione preferenziale,

• per fenomeni di dissoluzione (pressure solution) e ricristallizzazione delle fasi minerali più solubili all'interno della roccia.

La scistosità condizioni di grado metamorfico più elevato) si produce

prevalentemente per:

•meccanismi deformativi cristallo-plastici

(da Passchier & Trouw, 1997)


Geologia Strutturale Sviluppo delle foliazioni secondarie

1 – Cristalli allungati, possono essere ruotati a velocità minore rispetto alla direzione di raccorciamento quando obliqui alla direzione o essere piegati quando ortogonali. 2 – Cristalli con effetto di dissoluzione e precipitazione. 3 – Cristalli con variazione di forma per ricristallizzazione dinamica. 4 – Effetto di aggregati polimineralici (caso1 + caso2). 5 – Crescita dei cristalli di mica maggiore nel senso della foliazione, rispetto a quelli obliqui. 6 –Blastesi. 7 – Crescita mimetica per la presenza di una foliazione preesistente. 8 – Crescita limitata da minerali con abito tabulare. (da Passchier & Trouw, 1997)


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FOLIAZIONI Geologia Strutturale

Spesso alcune foliazioni secondarie, in particolare clivaggi spaziati con un alternanza litologica marcata (=layering metamorfico) possono essere confuse con l'alternanza tipica della stratificazione.

Criteri per distinguere tra stratificazione e foliazioni secondarie spaziate

Foliazione primaria Foliazione secondaria

1. Presenza di strutture sedimentarie (laminazioni incrociate, ripples, ecc.).

2. Lo spessore delle lamine (o strati) varia enormemente, anche arealmente.

3. La composizione e le dimensioni dei grani può essere molto variabile.

4. Alternanza litologica generalmente tabulare.

5. Raramente esistono piani di simmetria paralleli alla stratificazione.

6. La foliazione non è mai di piano assiale della piega.

1. Assenza di strutture sedimentarie.

2. Variazioni di spessore minime, in genere ci sono due spessori che si ripetono in maniera costante.

3. La composizione è generalmente bimodale.

4. Alternanze litologica in genere lenticolari o anastomizzate.

5. In genere esiste un piano di simmetria parallelo alle alternanze litologiche.

6. La foliazione è di piano assiale di pieghe formate durante lo stesso evento deformativo



Classificazione morfologica delle foliazioni secondarie Dal clivaggio alla scistosità

da Fossen, 2010 Q: domini ricchi in quarzo, M: domini ricchi in fillosilicati

Facies metamorfica a scisti verdi inferiore

Facies metamorfica a scisti verdi superiore

aumento del grado metamorfico ed aumento delle dimensioni dei blasti


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•Si forma in rocce clastiche a grana fine (peliti e siltiti) deformate a basso grado metamorfico;

•E’ un allineamento di minerali metamorfici (di solito muscovite) di dimensioni non osservabili a occhio nudo;

•Caratteristico di ardesie (es. lavagne) e filladi.

Clivaggio ardesiaco (slaty cleavage )



Clivaggio di frattura (o disgiuntivo)

•Formazione di un’insieme di fratture parallele, lungo cui si può avere movimento oppure no;

•Si forma in livelli crostali superficiali in rocce competenti (es.: arenarie.)

ATTENZIONE!!!

•Tutti i tipi di foliazione (slaty cleavage, clivaggio di crenulazione, di dissoluzione, scistosità, ecc.) producono anisotropie e discontinuità lungo cui la roccia può facilmente perdere di coesione e rompersi (anche solo a seguito dell’azione di agenti atmosferici); qualsiasi superficie di foliazione può quindi evolvere in una superficie di frattura.


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Clivaggio di frattura (o disgiuntivo)



Morfologia molto variabile, legata alla presenza di pieghe a piccola scala (cm-mm), che ripiegano una preesistente foliazione (tipica quindi di fasi deformative "tarde");

• Se i piani assiali sono paralleli si ha diminuzione di volume nei fianchi delle micropieghe. Questo porta nei fianchi ad una dissoluzione dei minerali più facilmente solubili (es. quarzo) e ad un relativo arricchimento di minerali insolubili (es. muscovite).

•Si forma quindi una variazione composizionale nella roccia determinata dall’allineamento dei fianchi delle micropieghe.

Clivaggio di crenulazione


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FOLIAZIONI Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche -

Cagliari



5 mm

da Twiss & Moores, 1992

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•Avviene soprattutto in rocce carbonatiche in cui si ha facilmente dissoluzione e riprecipitazione di calcite (vedi "Meccanismi deformativi");

•Si ha dissoluzione su superfici ortogonali a s1 e riprecipitazione lungo superfici parallele a s1. Le superfici di dissoluzione sono dette stiloliti o giunti stilolitici e sono arricchite di minerali insolubili (minerali argillosi, ossidi, ecc.)


Cagliari


Clivaggio di dissoluzione


Cagliari


Stiloliti

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Cagliari


Scistosità

Foliazione definita dall’allineamento di minerali di forma planare o tabulare (muscovite, biotite, ecc.) di dimensioni tali da essere visibili a occhio nudo.

•Caratteristica del metamorfismo in facies scisti verdi e anfibolitica;

•Caratteristica in scisti, può essere considerata un’evoluzione dello slaty cleavage o della scistosità di crenulazione a seguito dell’aumento delle dimensioni dei minerali metamorfici.

Anfibolite, costituita quasi esclusivamente da blasti di anfibolo


Cagliari



La foliazione può essere definita: • solo dai fianchi delle micropieghe: • da fratture, anche associate a fenomeni di dissoluzione, parallele ai fianchi delle micropieghe; • dalla differenziazione di domini ricchi in quarzo e/o calcite e domini ricchi in fillosilicati.

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E’ una scistosità (= minerali visibili a occhio nudo) accompagnata da una importante differenziazione metamorfica (=formazione di livelli a composizione mineralogica differente a seguito di reazioni metamorfiche);

Caratteristica in gneiss, i minerali hanno una grana molto grossa e spesso la scistosità ha un andamento "lenticolare" attorno a porfiroclasti di quarzo o feldspati (augen gneiss).


Cagliari


Scistosità gneissica

metasiltiti: clivaggio di frattura poco spaziato, regolare

metarenarie: clivaggio di frattura spaziato, grossolano

metapeliti: clivaggio (o scistosità) ardesiaco


Cagliari


La morfologia microscopica della foliazione legata ad un unico evento deformativo può variare se interessa litologie differenti.

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Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari Geologia Strutturale Strain e foliazioni

In condizioni di basso grado metamorfico (clivaggio

ardesiaco ad esempio) la foliazione tettonica

rappresenta il piano X-Y dell’ellissoide della

deformazione, sia nel caso di taglio puro che di taglio

semplice.

Rapporto tra orientazione dello sforzo principale (s1) e la foliazione:

Se prevale una deformazione per taglio semplice, la foliazione nasce a 45°, non c'è perpendicolarità tra ellissoide dello sforzo e quello della deformazione, con il procedere della deformazione il piano X-Y ruota sempre più verso la direzione di massimo allungamento. In questo caso sulla foliazione può agire una componente di taglio dello sforzo.

Nel caso di deformazione per taglio puro la foliazione è perpendicolare allo sforzo principale maggiore per tutta la fase deformativa, e quindi non c'è componente di taglio sulla foliazione stessa.

da Fossen, 2010

Meccanismi che sviluppano foliazioni secondarie Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche

- Cagliari


A prescindere dai processi per cui si sviluppano le foliazioni, la loro geometria può cambiare notevolmente durante questa evoluzione.

da Passchier & Trouw, 1996

Es.: sviluppo di un clivaggio ardesiaco ad alto angolo rispetto alla stratificazione

Perdita di volume

Basso strain tettonico

alto strain tettonico

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Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari Geologia Strutturale

Formazione di Cabitza, presso Nebida

Pencil cleavage sviluppato per intersezione di una foliazione tettonica con la stratificazione

Meccanismi che sviluppano foliazioni secondarie Geologia Strutturale

La persistenza, e l'orientazione della foliazione rispetto al piano assiale dipende dalla quantità di raccorciamento parallelo allo strato che si realizza prima della formazione della foliazione, durante la se prima del piegamento,

a) foliazione ben sviluppata -> piegamento che comincia con una foliazione già sviluppata.

c) foliazione con orientazione variabile -> foliazione che si sviluppa dopo che inizia il piegamento.

da Fossen, 2010

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Geologia Strutturale RAPPORTI TRA PIEGHE E FOLIAZIONI

L'associazione di pieghe e foliazioni tettoniche è evidente a diverse scale, e indicano che i due tipi di elementi strutturali possono formarsi insieme. Spesso la foliazione è parallela al piano assiale della piega....


La variazione litologica influenza le

relazioni tra piega e foliazione.

Rifrazione della scistosità

arenarie

siltiti

ventaglio divergente

ventaglio convergente

RAPPORTI TRA PIEGHE E FOLIAZIONI

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RAPPORTI TRA PIEGHE E FOLIAZIONI Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari Geologia Strutturale

Foliazione di piano assiale

• In aree molto deformate (presenza di pieghe isoclinali) la foliazione corrisponde esattamente al piano assiale;

• In aree meno intensamente deformate la foliazione forma un "ventaglio" convergente o divergente rispetto al piano assiale della piega quando converge o diverge verso cerniera.

• Rocce ricche in minerali tabulari (filladi, argilliti) mostrano in genere un clivaggio convergente, rocce povere in minerali tabulari (arenarie, ecc) mostrano in genere un clivaggio divergente

Il "ventaglio" della foliazione di piano assiale non deve essere confuso con la disposizione delle "linee isogone", anche se hanno disposizione geometrica simile!

linee isogone = costruzione geometrica;

foliazione = struttura materiale osservabile nelle rocce

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Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari Geologia Strutturale RAPPORTI TRA PIEGHE E FOLIAZIONI

(da Ramsay & Huber, 1983)

La variazione litologica influenza le

relazioni tra piega e foliazione.


Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche - Cagliari Geologia Strutturale RAPPORTI TRA PIEGHE E FOLIAZIONI

I rapporti tra foliazione secondaria (clivaggio o scistosità) e la cerniera o i fianchi di una piega hanno

relazioni precise utili in particolar modo quando in campagna riconosciamo solo le foliazioni ma non la

piega.

In generale, poiché un piano assiale

attraversa la superficie piegata una

sola volta, questi rapporti ci

permettono di determinare la

direzione di chiusura della piega.

Nell'esempio a fianco considerando

l'area del riquadro blu (ad es. un

affioramento) avremo una antiforme

a destra in alto ed una sinforme a

sinistra in basso.


In aree con una sola fase deformativa le relazioni angolari tra stratificazione e foliazione di piano assiale ci permette di riconoscere se la successione è diritta o rovesciata.

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• Il criterio per verificare se piegamento e foliazione sono contemporanei è osservare i rapporti tra

superficie piegata e foliazioni su entrambi i fianchi e in cerniera.



In generale, poiché un piano assiale

attraversa la superficie piegata una

sola volta, questi rapporti ci

permettono di determinare la

direzione di chiusura della piega, o di

determinare se foliazione e piega

sono coeve

Nell'esempio a fianco in b) e c) le due

possibili interpretazioni

dell'affioramento in a)

I rapporti tra foliazione secondaria (clivaggio o scistosità) e la cerniera o i fianchi di una piega hanno

relazioni precise utili in particolar modo quando in campagna riconosciamo solo le foliazioni ma non la

piega.

da Fossen, 2010

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Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche -

Cagliari


I rapporti tra foliazione secondaria (clivaggio o scistosità) e la cerniera o i fianchi in pieghe ripiegate.



Cagliari

Geologia Strutturale RAPPORTI TRA PIEGHE E FOLIAZIONI • Foliazione e superficie piegata (stratificazione o clivaggio più vecchio) sono ortogonali tra loro nella zona di cerniera della piega;

• Foliazione e superficie piegata formano tra loro un angolo molto piccolo nei fianchi della piega. In aree molto deformate (con sviluppo di pieghe isoclinali) si ha il parallelismo tra foliazione e fianchi della piega.

da Ramsay & Huber, 1983

Fianco diritto: S1 più inclinata della S0. Fianco rovescio:

S1 meno inclinata della S0.

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Cagliari


Rapporti tra la stratificazione S0 ed il clivaggio di piano assiale S1 in un fianco diritto (y = verso di ringiovanimento della successione).

Y


Cagliari


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Cagliari


Nel caso di una deformazione polifasica bisogna fare attenzione perché pieghe rovesciate hanno

ovviamente le relazioni tra superficie piegata e clivaggio invertite!

da Ramsay & Huber, 1983


Cagliari


Vergenza: nel suo senso originario (Stille, 1930), il termine vergenza si riferisce ad una superficie piegata in modo asimmetrico e indica sia la direzione in cui si dovrebbe incontrare un'antiforme, sia la direzione verso cui si ha movimento. Non considerando congiuntamente il senso di ringiovanimento degli strati, la direzione in cui si incontra un'antiforme e la direzione generale di trasporto non coincidono nel caso di piegamenti polifasici e nel caso di pieghe parassite nei fianchi rovesciati delle pieghe maggiori. IL TRASPORTO TETTONICO è MEGLIO DEFINITO DAL FACING DI UNA PIEGA.


Spesso il senso di rotazione di una piega asimmetrica o la direzione di chiusura di anticlinali o sinclinali alla scala dell'affioramento vengono utilizzati per riconoscere la vergenza della catena.

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Cagliari


E' possibile inoltre definire la direzione di facing anche quando non è possibile osservare direttamente

la cerniera di una piega, se sono osservabili i rapporti stratificazione/foliazione in uno dei due fianchi.

In questo caso il facing è definito come la direzione ortogonale all'intersezione

stratificazione/foliazione e giacente sulla foliazione; la direzione è quella di ringiovanimento degli

strati. La direzione di facing così ricavata è coincidente con quella ricavabile nella zona di cerniera.

Nel caso di un piegamento polifasico è possibile definire un facing per la prima fase deformativa, un

facing per la seconda fase deformativa, ecc.


La direzione di "facing strutturale" per una piega è univocamente definita come la direzione ortogonale all'asse e contenuta nel piano assiale, nella direzione di ringiovanimento degli strati. La direzione di facing così definita è la stessa ovunque la si osservi lungo una superficie piegata e coincide con la direzione di trasporto tettonico nel caso di un piegamento cilindrico con assi delle pieghe ortogonali alla direzione di trasporto.

Facing (strutturale)


Cagliari

Geologia Strutturale RAPPORTI TRA PIEGHE E FOLIAZIONI Facing (strutturale)

Nel caso di un piegamento polifasico è possibile definire un facing per la prima fase deformativa, un facing per la seconda fase deformativa, ecc.

Nel caso di due fasi di piegamento è importante osservare come il facing di prima fase non cambia direzione quando si attraversa il piano assiale di prima fase, mentre cambia di direzione quando si attraversa il piano assiale di seconda fase. Allo stesso modo il facing di seconda fase non cambia direzione quando si attraversa il piano assiale di seconda fase, mentre cambia di direzione quando si attraversa il piano assiale di prima fase.

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Geologia Strutturale RAPPORTI TRA PIEGHE E FOLIAZIONI Facing (strutturale)

Esempio di applicazione del concetto di facing strutturale per distinguere la sovrapposizione di due piegamenti sovrapposti nel basamento paleozoico sardo.

Da Cocco e Funedda, 2017

TRASPOSIZIONE Dipartimento di Scienze chimiche e geologiche -

Cagliari


I processi di piegamento, rotazione, appiattimento, lacerazione, ecc. portano a parallelizzare la foliazione precedente (primaria o secondaria) con il piano assiale della piega. Questo processo, per cui la roccia assume un aspetto apparentemente stratificato è detto: TRASPOSIZIONE

Verso destra progressiva trasposizione della stratificazione lungo la foliazione

S0 S1

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Trasposizione a differenti scale: in (c) la stratificazione ha giacitura N-S sub-verticale,

mentre a grande scala (a) la stratificazione ha direzione circa E-W e immerge verso sud


Cagliari


da Turner & Weiss, 1963


Cagliari


Trasposizione, a differenti scale, di limiti litologici

da Turner & Weiss, 1963

(a) Schema geologico dell'area di Lake

Isabelle, California.

(b) Lungo i fianchi della piega la

stratificazione S0 è trasposta

secondo la scistosità S1.

(c) In cerniera la stratificazione S0 è

fortemente piegata secondo

scistosità S1.

(d) In cerniera la stratificazione S0 è

debolmente piegata secondo la

scistosità S1.

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La trasposizione inizia con pieghe isoclinali e procede eliminando le cerniere tramite vari processi che portano alla trasposizione completa di una superficie piegata:

1) Superfici di taglio che si sviluppano parallelamente i fianchi delle pieghe e lacerano le cerniere. 2) Assottigliamento e lacerazione dei fianchi di pieghe asimmetriche.

3) Lacerazione (boudinage) dei livelli competenti e loro rotazione nella matrice incompetente.

Il boudin a destra è la cerniera strappata di una piega, mentre quello centrale rappresenta il fianco rovesciato e il boudin a sinistra il fianco diritto.


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