Unidad IV

Unidad 4
GEODINÁMICA
Profesor: Gemma Soriano
Curso 2012-2013
Universidad de A Coruña
TEMA 7.- TECTÓNICA
TEMA 7.- TECTÓNICA ..................................................................................................................... 0
7.1.- INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1
7.2.- ESFUERZO-DEFORMACIÓN .............................................................................................. 2
7.3.- FACTORES DE DEFORMACIÓN ........................................................................................ 9
7.4.- DEFORMACIÓN ELÁSTICA: TERREMOTOS Y MAREAS TERRESTRES...................... 12
7.5.- DEFORMACIÓN FRÁGIL: FALLAS Y DIACLASAS........................................................... 16
7.5.1.- FALLAS........................................................................................................................ 18
7.5.2.- DIACLASAS. ............................................................................................................... 29
7.6.- DEFORMACIÓN DÚCTIL: PLIEGUES............................................................................... 35
7.7.- DEFORMACIÓN VISCOSA: DIAPIRISMO ........................................................................ 48
7.8.- ASOCIACIÓN DE DEFORMACIÓN FRÁGIL Y DÚCTIL. MANTOS .................................. 52
7.9.- NIVELES ESTRUCTURALES ............................................................................................ 55
7.1.- INTRODUCCIÓN
Los materiales de la corteza terrestre están sometidos a transformaciones. Al hablar de
metamorfismo, se ha tratado de transformaciones en los materiales de la corteza terrestre
ocurridas en estado sólido, y en el capítulo referido a las rocas ígneas, transformaciones que
implican cambios de estado.
Hay otros procesos que determinan transformaciones de los materiales bajo el efecto de
PRESIONES DIRIGIDAS. Estas presiones corresponden a los ESFUERZOS TECTÓNICOS, y
son distintas de las originadas por el propio peso de las rocas. Las transformaciones no implican
cambios mineralógicos ni cambios de estado, sólo DEFORMACIÓN.
La TECTÓNICA es la parte de la geología que estudia las estructuras geológicas producidas
por deformación de la corteza terrestre, las que las rocas adquieren después de haberse
formado, así como los procesos que las originan, a todas las escalas de observación, desde la
escala cortical (TECTÓNICA DE PLACAS) a escala microscópica (MICROTECTÓNICA).
En zonas tectónicamente activas, la localización de estructuras geológicas es importante en la
selección de localizaciones seguras para colegios, hospitales, presas, puentes, centrales
nucleares… Además, el conocimiento de la geología estructural puede ser de ayuda en la
explotación de los recursos naturales.
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7.2.- ESFUERZO-DEFORMACIÓN
El ESFUERZO es la cantidad de fuerza que actúa sobre una unidad de roca para causar
deformación.
El esfuerzo puede actuar de manera uniforme en la unidad de roca, es decir, en todas las
direcciones. Este tipo de esfuerzo es debido a la presión litostática.
Por otra parte, se tienen los esfuerzos que se aplican de manera no uniforme, es decir, en
direcciones diferentes, generando los esfuerzos diferenciales. Estos pueden ser esfuerzos
compresivos, tensionales y de cizalla.
Se define estado de esfuerzo como el conjunto de los infinitos vectores esfuerzo que actúan
sobre los infinitos planos que pasan por un punto, en un instante dado. Esto no es ya una
magnitud vectorial, sino una cantidad física compuesta de infinitos vectores, que se denomina un
tensor de segundo orden.
En general, un estado de esfuerzo puede ser representado por una figura geométrica, que es la
superficie tridimensional que se obtendría uniendo todos los extremos de los vectores esfuerzo
que actúan sobre un punto en un instante dado. Esta figura se denomina elipsoide de esfuerzo.
En dos dimensiones, la figura sería una elipse.
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Cada elipsoide de esfuerzo tiene tres ejes perpendiculares entre sí, que se llaman esfuerzos
principales, y las direcciones según las cuales actúan se denominan direcciones principales.
Uno de ellos es el mayor de todos los esfuerzos de ese particular estado, otro es el menor y el
tercero es un esfuerzo de valor intermedio entre los anteriores, que actúa según una dirección
perpendicular a los dos. Se denotan como σ1 , σ2 , σ3 , de forma que: σ1 sea mayor ó igual que
σ2 y que éste último sea así mismo mayor ó igual que σ3
DEFORMACIÓN
Se puede saber que una roca ha sido DEFORMADA, porque la geometría inicial de sus
estructuras (planos de estratificación, estratificación cruzada, laminaciones…), aparece alterada.
Si observamos que una roca presenta los estratos doblados o rotos en fragmentos, es evidente
que ha sufrido un proceso de deformación. En ocasiones puede presentarse estirada y aplastada,
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lo cual no se observa de forma tan evidente, sino por la observación de algunos componentes de
la roca (por ejemplo cantos, fósiles…, de forma original conocida).
Definimos deformación como cualquier cambio en la posición o en las relaciones geométricas
internas sufrido por un cuerpo como consecuencia de la aplicación de un campo de esfuerzos.
Una deformación puede constar de hasta cuatro componentes: translación, rotación, dilatación y
distorsión. En el caso general, una deformación las incluye a todas, pero deformaciones
particulares pueden constar de tres, dos o una de las componentes. La mayor parte de las
deformaciones ocurren a lo largo de los bloques de placas.
Las dos primeras componentes de la deformación (traslación y rotación) producen cambios en la
posición del cuerpo, pero no de su forma ni de sus relaciones geométricas internas. Ante
deformaciones de ese tipo, el cuerpo se mueve como un objeto rígido y, por ello, se llaman
deformaciones de cuerpo rígido o movimientos rígidos.
Las dos últimas componentes (dilatación y distorsión) producen cambios en la forma y/o en las
relaciones geométricas internas. Por ejemplo, una dilatación no cambia la forma, pero aproxima o
aleja unas partículas y otras, con lo que las relaciones geométricas internas resultan modificadas.
La distorsión cambia la forma general del cuerpo y sus relaciones geométricas internas. Las
partículas se alejan o se aproximan y las líneas cambian el ángulo que forman entre sí. Esto
produce translaciones y rotaciones dentro del cuerpo que ya no se está comportando rígidamente.
Por tanto, estas translaciones y rotaciones son diferentes de las que producen una translación o
rotación de todo el cuerpo y que llamábamos movimientos rígidos, y se engloban dentro del
término deformación interna (“strain”).
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Las cuatro componentes de la deformación ilustradas con la cabeza de un trilobite junto a un
trilobite completo deformado. Obsérvese que en el caso de la rotación rígida, todas las líneas del
fósil han girado el mismo ángulo con respecto a una referencia externa, mientras que en la
distorsión, la línea de simetría central y su normal, han dejado de formar un ángulo de 90°, lo que
implica que han girado un ángulo distinto. Esto se aprecia mejor en el caso de la deformación
general, en la parte inferior de la figura.
La deformación interna puede clasificarse atendiendo a distintos criterios:
-
El primero de ellos es la continuidad: si una deformación interna no separa ningún par de
puntos materiales que estuvieran juntos antes de la deformación se dice que es continua
o afín. En el caso contrario se denomina discontinua o no afín.
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-
Otro criterio que se utiliza para clasificar la deformación interna es el de los resultados
físicos. Según él, se clasifica en frágil y dúctil. La deformación frágil (“brittle”) es la que
produce rotura, mientras que la deformación dúctil (“ductile”) se realiza sin que el cuerpo
se fracture. Es obvio que la deformación frágil es discontinua y que la dúctil es continua.
La deformación dúctil puede subdividirse en elástica y permanente. Deformación elástica
es aquella en la cual se produce deformación por aplicación de un campo de esfuerzos
pero si los esfuerzos se retiran, la deformación se pierde, recuperando el cuerpo su forma
original. En el caso en que la deformación permanece aun cuando el esfuerzo sea
retirado, se habla de deformación permanente.
-
Según la geometría del resultado de la deformación interna, ésta se clasifica en
homogénea e inhomogénea o heterogénea. En una deformación homogénea, las líneas
que eran rectas antes de la deformación siguen siéndolo después y las rectas paralelas
siguen siendo paralelas. En una deformación inhomogénea las condiciones anteriores
no se cumplen.
Medida de la deformación
Cualquier deformación puede especificarse por los desplazamientos experimentados por los
puntos del cuerpo. Se define vector desplazamiento como el vector que une la posición de un
punto antes y después de la deformación. Ese vector no indica el camino seguido por el punto,
sino que se limita a relacionar sus posiciones inicial y final. El conjunto de los vectores
desplazamiento para todos los puntos del cuerpo definen lo que se llama un campo de
desplazamiento.
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Las deformaciones del cuerpo rígido se miden por parámetros que expresan el cambio de
posición: la translación rígida por la distancia recorrida por el cuerpo y la rotación rígida por el
ángulo que éste ha girado.
La deformación interna utiliza parámetros de tres tipos diferentes, que miden respectivamente
cambios en la longitud de las líneas (elongación), cambios en los ángulos (ángulo de cizalla) y
cambios en volumen (dilatación).
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Incluso cuando la deformación interna es inhomogénea, se puede elegir un fragmento de roca lo
suficientemente pequeño como para que en él pueda considerarse homogénea. La cantidad física
que expresa cualquier deformación interna homogénea debe incluir información sobre lo que les
ha sucedido a las infinitas líneas que contiene el cuerpo deformado, sus elongaciones y
cizallamientos. Esa cantidad es un tensor de segundo orden que puede ser representado
geométricamente por un elipsoide, llamado de deformación. El elipsoide de deformación se
define como la forma que adquiere una esfera de radio unidad (estado indeformado) al ser
sometida a una deformación interna homogénea.
Cada elipsoide de deformación tiene tres ejes, perpendiculares entre sí, que se denominan ejes
de la deformación y que se denotan con las letras X, Y, Z, de forma que, por convenio, X es
mayor o igual que Y, el cual es mayor o igual que Z. Las direcciones de los ejes se denominan
direcciones principales de deformación y son perpendiculares entre sí. Los tres planos
perpendiculares entre sí que las contienen se llaman planos principales de la deformación.
Dado que el volumen se mantiene, el aplastamiento producido según una dirección se
compensaría con el alargamiento en otra o las dos restantes.
La determinación de este elipsoide de deformación en una región es en ocasiones uno de los
objetivos de los trabajos de geología estructural.
.
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7.3.- FACTORES DE DEFORMACIÓN
Si sometemos un cilindro de roca a compresión o a extensión (a efectos experimentales es lo
mismo), y medimos la cuantía del esfuerzo aplicado y la deformación producida, tendremos un
diagrama esfuerzo-deformación como el de la figura.
-
En el primer tramo de la curva, ésta presenta una rama recta de fuerte pendiente, que
muestra que al comienzo se precisa un esfuerzo grande para alcanzar una deformación
escasa. Esta deformación es recuperable, es decir, al cesar el esfuerzo, el material
volvería a su estado inicial. Es la DEFORMACIÓN ELÁSTICA. Un cuerpo perfectamente
elástico sería el que se deformase una cierta cantidad al serle aplicado un esfuerzo,
deformándose exactamente el doble al serle aplicado un esfuerzo doble del anterior.
Además, la deformación se alcanzaría instantáneamente en cada caso. Si el esfuerzo
dejase de aplicarse, la deformación desaparecería, recuperando de nuevo el cuerpo su
forma original.
-
Pasado un punto de inflexión, el límite de elasticidad, la relación deja de ser lineal y la
curva pierde pendiente, lo que significa que se requiere un menor incremento en el
esfuerzo para producirse la deformación. La deformación no es recuperable. Es el campo
de la DEFORMACIÓN PLÁSTICA. Se denomina comportamiento plástico perfecto o de
Saint Venant, al de los materiales que no se deforman en absoluto hasta que el esfuerzo
aplicado alcanza un cierto valor. Una vez alcanzado ese valor o esfuerzo de cesión, el
cuerpo se deforma de manera continua hasta que el esfuerzo sea retirado o disminuya,
en cuyo caso, la deformación alcanzada permanece, es decir, el cuerpo no se recupera
en absoluto.
-
Si sigue aumentando el esfuerzo, se alcanza un punto que representa el límite de rotura,
entrado en el campo de la DEFORMACIÓN FRÁGIL O POR ROTURA.
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Como se ha señalado, el agente principal de los procesos tectónicos son los esfuerzos dirigidos,
pero hay otros factores condicionantes: presencia de agua, temperatura, presión confinante….,
y el tipo de material, que influyen en el tipo de deformación:
-
Tipo de material. Las rocas pueden tener distinto grado de competencia, de forma que la
curva esfuerzo-deformación en ocasiones puede tener el campo de deformación plástica
muy reducido, o sin intervalo de deformación elástica… Las rocas competentes son las
que muestran poca plasticidad y alcanzan el límite de rotura sin haber llegado a sufrir una
deformación plástica significativa. Son competentes en general las rocas plutónicas y,
entre las sedimentarias, las calizas o las areniscas consolidadas cuando no están muy
estratificadas. Una estratificación fina dará lugar generalmente a igualdad de material a
deformaciones plásticas, principalmente pliegues. Son especialmente incompetentes las
rocas arcillosas o las arenas.
-
Presión confinante. Experimentalmente se ha comprobado que al aumentar la presión
confinante, la muestra se deforma con mayor facilidad, las rocas se vuelven más dúctiles,
a costa de disminuir el intervalo de deformación elástica e incrementando el intervalo de
deformación plástica. Al aumentar la presión confinante, aumenta el campo elástico y el
esfuerzo de cesión, pero también lo hace el esfuerzo de rotura y el campo plástico, de
forma que a grandes presiones las rocas tienden a comportarse muy dúctilmente. De esta
forma, la deformación frágil o por rotura, será característica de la parte más superficial de
la corteza, mientras que en las regiones profundas de la corteza y en el manto, la elevada
presión hace improbable la rotura, y materiales que son muy rígidos en la superficie se
comportan de un modo mucho más plástico.
Diagramas de diferentes ensayos de corta duración para la misma
caliza a diferentes presiones de confinamiento.
-
Temperatura. Para un mismo material, al aumentar la temperatura, más dúctil será la
roca. Lo mismo sucede con la presencia de agua.
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Como la presión y la temperatura aumentan con la profundidad en la Tierra, las rocas
profundas suelen ser más dúctiles que las próximas a la superficie. La principal diferencia
entre el aumento de la presión y el de la temperatura es que para conseguir una
determinada deformación se necesita un mayor esfuerzo cuanto mayor es la presión
confinante y un menor esfuerzo cuanto mayor es la temperatura.
-
La velocidad a que se aplica el esfuerzo condiciona igualmente que la deformación pueda
realizarse por distintos mecanismos. Si un esfuerzo se aplica rápidamente (p.ej, con una
piqueta), los materiales pueden fracturarse, mientras que estos mismos materiales
pueden deformarse plásticamente si el esfuerzo se aplica durante un largo periodo de
tiempo.
Cuando estos factores se conjugan, con altos valores de presión confinante y temperatura, el
material se hace muy incompetente, y se deforma mediante fluencia viscosa, comportándose de
forma análoga a un fluido. En este caso las estructuras de deformación son complejas e
irregulares, no estudiables de la misma forma que en los otros mecanismos de deformación.
El comportamiento viscoso se caracteriza por una relación de proporcionalidad directa entre el
esfuerzo aplicado y la velocidad de deformación obtenida. En este caso, la
deformación es
permanente, es decir, no desaparece si se elimina el esfuerzo El comportamiento Newtoniano es
típico de los líquidos y la viscosidad, un término del lenguaje común, expresa la dificultad que un
líquido opone a fluir y es lo contrario de su fluidez. En determinadas condiciones, las rocas sólidas
se comportan de hecho como reodos, es decir, de forma similar a los líquidos de viscosidad muy
grande. Eso quiere decir que pueden deformarse con velocidades proporcionales a los esfuerzos
aplicados.
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7.4.- DEFORMACIÓN ELÁSTICA: TERREMOTOS Y MAREAS
TERRESTRES
La deformación elástica es aquella en la que al cesar el esfuerzo, el material recobra su forma
original. Por tanto la deformación no permanece, y no puede ser estudiada posteriormente, sino
en el momento en que se produce.
Los TERREMOTOS son una vibración o movimiento ondulatorio por liberación súbita de energía
en un punto de la tierra. Se produce en una zona en que dos fuerzas han estado actuando en
sentido
opuesto
(par
de
fuerzas),
produciendo una deformación elástica de
las rocas, hasta alcanzar el límite de
rotura, en cuyo momento se libera la
energía, vibrando la roca repetidas veces
hasta
amortiguarse.
Este
sencillo
esquema, conocido como la Teoría del
rebote elástico, se elaboró a partir de
observaciones hechas tras el terremoto
que en 1906 asoló la ciudad de San
Francisco (USA).
Generalmente, la ruptura comienza en un punto y de allí se propaga, esto es, se extiende a
puntos cercanos y de allí a otros hasta romper todo el plano de falla; este proceso se lleva a cabo
en cuestión de fracciones de segundo en el caso de sismos pequeños y puede durar minutos
enteros cuando se trata de grandes terremotos. La posición del punto inicial de una ruptura
sísmica se llama hipocentro y el punto de la superficie terrestre situado arriba de él se llama
epicentro; al volumen de roca cuyo desplazamiento causó el sismo y dentro del cual se encuentra
la falla, se le llama fuente o foco sísmico.
Las vibraciones se transmiten mediante las ONDAS SÍSMICAS. Las ondas que se transmiten son
de distintos tipos, según el tipo de deformación o movimiento que sufre el terreno a su paso:
-
ondas de cuerpo : viajan a través del interior de la Tierra
o
ondas P, longitudinales o primarias. Comprimen y expanden las rocas en la
dirección de propagación de la onda. Los sólidos, líquidos y gases se oponen a
un cambio de volumen cuando son comprimidos y recuperarán elásticamente su
forma cuando cesa la fuerza. Las ondas P pueden atravesar esos materiales. Son
las más rápidas, las que primero se registran en los sismógrafos.
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o
ondas S, transversales o secundarias. Dan lugar a un movimiento oscilatorio del
terreno perpendicular a la dirección de propagación de las mismas. Las ondas S
cambian transitoriamente la forma del material que las transmite. Dado
que los fluidos no responden elásticamente a cambios de forma, no
transmitirán ondas S
-
ondas superficiales: ondas que viajan por la parte externa de la Tierra.
o
Ondas Raleigh, las más lentas, que al pasar producen en el piso movimientos
verticales y movimientos horizontales paralelos a la dirección en que viajan.
o
Ondas L, (Love), cuya velocidad es intermedia entre las S y las Raleygh, y que
produce movimientos horizontales perpendiculares a la dirección de propagación.
Se llama sismicidad a la actividad sísmica en un lugar determinado. La figura muestra la
sismicidad mundial registrada durante 1961-1967; los puntos representan epicentros y su tamaño
es proporcional a su magnitud (los sismos muy pequeños no aparecen).
Es de inmediato evidente que los sismos no están distribuidos en forma uniforme sobre la Tierra,
sino en bandas que en su mayoría coinciden con las orillas o con las partes medias de los
océanos. En algunas zonas continentales alejadas de los océanos la sismicidad coincide con
regiones montañosas, como en los Alpes y los Himalayas.
La deformación en los bordes de la placas suele ser la causa de la mayoría de los terremotos que
ocurren en la Tierra. Sin embargo otros fenómenos pueden desencadenar terremotos: las
erupciones volcánicas o el colapso de cavernas subterráneas, taludes, etc. En estos los casos,
los terremotos son de menor tamaño.
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En las trincheras oceánicas la sismicidad es somera cerca de ellas y se hace cada vez más
profunda conforme se adentra bajo el continente o arco de islas correspondiente. Estas zonas
inclinadas de sismicidad son llamada zonas de Benioff-Wadati, y es en ellas donde ocurren los
sismos más profundos. La figura ilustra la sismicidad de la zona de Benioff-Wadati asociada con la
trinchera de Kurile-Kamchatka; arriba a la derecha podemos ver la topografía a lo largo de dos
cortes que atraviesan la trinchera.
Las ondas viajan a una velocidad constante, que suele ser mayor cuanto más rígido es el terreno.
Cuando en su recorrido encuentran una superficie que separa dos materiales de distinta rigidez y
densidad, las ondas sufren refracción o
reflexión.
Este
fenómeno
ha
permitido
conocer la estructura interna de la tierra.
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Las MAREAS TERRESTRES son deformaciones que se producen en el globo por la atracción del
sol y la luna. Estas variaciones cambian de forma continua, según la posición de estos astros, e
implican una deformación elástica de las porciones rígidas de la tierra, como es el caso de la
corteza, y una deformación viscosa de las partes fluidas, como ocurre en la astenosfera.
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7.5.- DEFORMACIÓN FRÁGIL: FALLAS Y DIACLASAS
Las fracturas de la corteza terrestre pueden tener una gran influencia en nuestra vida cotidiana.
En la mayoría de los casos la presencia de fracturas trae beneficios a las distintas sociedades:
-
Por ejemplo, una buena parte del agua de origen subterráneo que se utiliza en el mundo
está almacenada en fracturas abiertas que hacen que las rocas sean lo suficientemente
permeables como para suministrar agua rápidamente y que provocan la existencia de una
porosidad suficiente como para albergar cantidades de agua aptas para su explotación.
Además, la recarga de aguas subterráneas, analizada a escala de cuenca, es mucho más
rápida si se realiza a través de rocas fracturadas.
-
Además del agua, muchas reservas de petróleo y de gas se encuentran en rocas
fracturadas, permitiendo su almacenamiento y extracción de manera comercial.
-
Otros aspectos positivos relacionados con la existencia de fracturas son, por ejemplo, que
permiten realizar excavaciones con más facilidad para establecer cimientos para obras
públicas, o
-
el importante papel que juegan en la recuperación de la energía geotérmica al permitir la
rápida circulación del agua y un eficiente intercambio térmico.
Como ya se ha mencionado, no todo son factores positivos:
-
Un tema de candente actualidad, el almacenamiento de residuos peligrosos, radiactivos,
químicos o biocontaminados se ve muy dificultado por la presencia de fracturas en las
rocas, que impiden su aislamiento de la biosfera con el consiguiente peligro de
contaminación.
-
Otro
inconveniente es el efecto negativo que tienen en la explotación de rocas
industriales, donde disminuyen en gran manera el rendimiento de los volúmenes de roca
extraídos.
-
Algunas obras civiles, túneles o presas, requieren sostenimientos especiales en el caso
de que la roca en que estén excavados o sobre la que se asienten, respectivamente, se
encuentre fracturada.
En otras ocasiones, el hombre necesita crear fracturas de manera que le permitan obtener mayor
rendimiento en algunos procesos como pueden ser la recuperación de hidrocarburos, donde las
fracturas hidráulicas artificiales pueden ser generadas con una determinada longitud y apertura
para optimizar los procesos de extracción.
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El término fractura, viene del latín fractus que quiere decir rotura. En geología llamamos fractura a
una discontinuidad planar o curviplanar que se forma como resultado de un proceso de
deformación frágil en la corteza terrestre.
Esencialmente, existen dos tipos de fracturas en las rocas: las producidas por esfuerzos
tensionales y las producidas por esfuerzos de cizalla.
-
Las primeras se llaman fracturas de tensión y se producen según superficies
aproximadamente perpendiculares a la dirección de aplicación del esfuerzo tensional. Una
vez creadas, las dos partes del cuerpo a ambos lados de la fractura tienden a separarse,
dejando un hueco que puede ser ocupado por precipitados minerales o por material
fundido que se encuentre en las proximidades. Cuando no se rellena, la fractura se
denomina grieta si es grande y fisura si es pequeña. Si se rellena de material por
precipitación a partir de fluidos se llama filón, si es grande, y vena si es pequeña.
Cuando es ocupado por un magma da lugar a un dique.
-
En las producidas por esfuerzos de cizalla, denominadas fracturas de cizalla, los labios
no tienden a separase, sino que deslizan uno sobre otro. Parece lógico, a primera vista,
que una roca sometida a un estado de esfuerzo triaxial podría romperse si se alcanza el
esfuerzo de rotura, que es un determinado valor del esfuerzo diferencial (σ1- σ3) y que se
rompería por los planos que están sometidos al máximo esfuerzo de cizalla (τmáx= (σ1σ3)/2), que son los que están a 45° de los esfuerzos mayor y menor y que contienen al
esfuerzo principal intermedio. Esto daría lugar a dos familias de fracturas conjugadas
perpendiculares entre sí. Sin embargo, esto no sucede ni en la naturaleza ni en el
laboratorio y cuando se producen dos familias de fracturas conjugadas, el ángulo menor
que forman es de entre 50° y 70°, siendo la bisectriz de este ángulo la dirección de
aplicación del esfuerzo principal mayor.
La razón de que esto suceda es que los planos sometidos al máximo esfuerzo de cizalla,
están sometidos también, a un esfuerzo normal bastante fuerte, en general, y que ese
esfuerzo, actuando perpendicularmente al plano de posible fractura, tiende a impedir su
movimiento, debido al rozamiento. En efecto, la fuerza de rozamiento que hay que
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superar para deslizar un labio de la falla sobre el otro depende del coeficiente de
rozamiento, un parámetro característico del material, y del esfuerzo que tiende a juntar
ambos labios.
Las fallas y diaclasas son las principales fracturas o discontinuidades que observamos en las
rocas y materiales geológicos, y corresponden a una deformación discontinua. En el caso de las
fallas existen evidencias de un desplazamiento relativo entre los materiales a ambos lados de la
discontinuidad, mientras que en las diaclasas este desplazamiento no existe o es mínimo.
7.5.1.- FALLAS.
Las fallas representan la rotura de una roca o de un material geológico en general, según una
superficie más o menos plana, a lo largo de la cual hay evidencias de que se ha producido un
desplazamiento relativo entre las masas rocosas que la flanquean. Este plano es el PLANO DE
FALLA, y los terrenos a ambos lados son los LABIOS DE FALLA o BLOQUES.
Los ELEMENTOS geométricos de las fallas son los siguientes:
-
Plano de falla, como se ha señalado, es la propia superficie de la falla. Para su
definición, daremos su dirección, y su buzamiento.
En el plano de falla en ocasiones se observa un espejo de falla, superficie pulimentada,
debida
a
recristalizaciones
precipitaciones
de
y
minerales
como cuarcita o cuarzo.
Frecuentemente
se
observan
estrías o rayas, que evidencian
la dirección del movimiento, y
escalones,
que
pueden
evidenciar además el sentido del
movimiento.
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En ocasiones el movimiento de las fallas puede conducir a la fragmentación de los
bloques de falla a lo largo del plano de ruptura, dando la textura característica de una
brecha de falla, o bien, si la fragmentación es muy intensa, a la formación de una papilla
de falla (rouge), cuya granulometría puede ir desde arena a arcilla.
-
Bloque o labios de la falla son los materiales situados a cada lado del plano de falla.
Según su posición relativa respecto al plano de falla se habla de bloque superior
(hanging wall), el que descansa sobre el plano de falla, e inferior (foot wall). Según el
movimiento relativo de los bloques, puede hablarse de bloque levantado y bloque
hundido, según el movimiento haya sido ascendente o descendente relativamente.
-
Separación (separation) es la distancia entre las dos trazas de un plano desplazado por
una falla medida en el plano de falla. Pueden considerarse:
o
Separación en dirección (strike separation): componente de la separación
medida paralelamente a la dirección de capa de la falla
o
Separación en buzamiento (dip separation): componente de la separación
medida perpendicularmente al rumbo de la falla
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o
Separación estratigráfica: mínima distancia entre los dos planos desplazados
por una falla, medida perpendicularmente a los mismos. No está necesariamente
contenida en el plano de falla.
-
Salto de falla (slip) es el movimiento relativo sobre el plano de falla, medido desde un
bloque de la falla hasta el otro. Los movimientos pueden referirse de varias formas:
o
Salto total, neto o real (net slip). Representa la distancia de separación mínima
entre dos puntos que antes de actuar la falla eran adyacentes.
o
Salto horizontal (strike slip) es la componente horizontal del salto total. Está
contenida en el plano de la falla, y es paralela a su dirección
o
Salto normal o en buzamiento (dip slip) es la componente del salto total medida
sobre el plano de la falla, perpendicularmente a su dirección.
o
Salto vertical (vertical slip) es la componente vertical del salto real.
o
Salto real proyectado es la componente horizontal del salto real, proyectada
verticalmente sobre este
o
Salto normal proyectado es la componente horizontal del salto normal, proyectada
verticalmente sobre este.
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SD: Salto en dirección u horizontal
SB: Salto en buzamiento o normal
SN: Salto neto o total
El MECANISMO de formación de una falla es el CIZALLAMIENTO.
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TIPOS DE FALLAS. DEFINICIONES
A) FALLAS NORMALES: son aquellas en que el plano de falla buza hacia el labio hundido,
es decir, el bloque superior es el hundido.
Corresponden a una situación de extensión, en que el
esfuerzo máximo está en la vertical, y el mínimo en la
horizontal,
según
la
dirección
de
extensión.
Se
denominan también fallas de gravedad.
El caso particular de fallas normales con plano curvo se conoce como fallas lístricas, en
las que el buzamiento del plano de falla es mayor próximo a su afloramiento en superficie,
y se atenúa en profundidad
.
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Un bloque elevado limitado por dos fallas normales de buzamiento contrario es un horst o
meseta tectónica. Un bloque hundido limitado por dos fallas normales buzando la una
hacia la otra es un graben.
Horst
graben
Una falla normal de bajo ángulo de relevancia tectónica se denomina falla de detachment
B) FALLAS INVERSAS: son aquellas en las que el plano de falla buza hacia el labio
levantado, es decir, coincide el labio superior con el levantado.
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TEMA 7.- TECTÓNICA
Corresponden a una situación de compresión, en que el esfuerzo máximo está en la
horizontal según la dirección de compresión, y el mínimo en la vertical, correspondiendo
ésta a la dirección de extensión.
Un caso especial son los cabalgamientos (trust fault), en que el plano de falla está
horizontalizado, con dislocaciones y desplazamientos de gran extensión.
En este caso, desde el punto de vista tectónico, se puede hablar de alóctono para
referirse al material geológico que ha sido transportado por procesos tectónicos desde su
lugar de origen, y autóctono, para hablar del material que, aunque deformado, no ha sido
sensiblemente transportado por procesos tectónicos desde su lugar de origen. Se trata de
términos de aplicación relativa, dado que se utilizan a menudo por comparación.
El resultado de la erosión sobre mantos de corrimiento puede ser que queden fragmentos
aislados del propio manto (klippes o islas tectónicas) o huecos dentro del cuerpo
principal del cabalgamiento (ventanas tectónicas), en las que aflora el autóctono relativo.
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C) FALLAS DE DESGARRE O EN DIRECCIÓN (strike fault): son aquellas en que el
desplazamiento relativo se produce en la horizontal.
El esfuerzo principal y el mínimo se sitúan en la horizontal, y el intermedio en la vertical.
Cuando existe una cierta componente en la horizontal, aún cuando la falla no se
considere una falla en dirección, el movimiento relativo entre los bloques puede ser en el
sentido de las agujas del reloj (fallas dextras), o en el sentido contrario (falla sinistra o
levógira).
Un caso especial son las FALLAS TRANSFORMANTES, en las cuales los
desplazamientos relativos entre los bloques son opuestos a los producidos en un
desgarre normal. Esto es debido a que las fallas transformantes conectan dos porciones
de una dorsal en las cuales se está generando corteza oceánica.
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TEMA 7.- TECTÓNICA
Las fallas pueden ser también de salto oblícuo, cuando tienen una componente en dirección
(normal o inversa) y en la horizontal.
El movimiento de los bloques alrededor del plano de falla puede ser rotacional, conduciendo
al desarrollo de fallas en tijera, o fallas pivotantes.
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TEMA 7.- TECTÓNICA
Aquellas fallas que se encuentran asociadas, pero presentan sentidos de buzamientos
opuestos se denominan fallas antitéticas, mientras que si el buzamiento es en el mismo
sentido, se denominan sintéticas.
SIMBOLOGÍA DE FALLAS EN MAPAS GEOLÓGICOS
En los mapas geológicos sólo se representa la traza de las principales fracturas de la región
cartografiada.
Mediante una línea se representa la traza del plano de falla. El bloque hundido se identifica como
Lh, o con el símbolo (-), y el levantado como Ll, o con el símbolo (+).
-
Falla normal: se indica con líneas cortas perpendiculares a la traza del plano de falla y de
igual grosor que ésta, trazadas en el lado que corresponda al bloque hundido de la falla.
-
Las fallas inversas se indican con triángulos equiláteros (sin rellenar o rellenos), con una
de las caras sobre la traza, y el vértice opuesto hacia el bloque levantado, y espaciados
entre sí.
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TEMA 7.- TECTÓNICA
-
En el caso de los cabalgamientos, el símbolo a emplear es idéntico al de las fallas
inversa, aunque los triángulos no son espaciados, y en vez de señalar bloque levantado o
hundido, se señala Au ó Al, según se trate del autóctono o alóctono relativo.
-
Si una falla es en dirección, o tiene un cierto componente de desplazamiento en la
horizontal, se indica poniendo a cada uno de los lados de la falla unas flechas, cuyo
sentido indique si se trata de fallas dextras o siniestras.
En los cortes geológicos es necesario indicar el sentido del movimiento de la falla mediante
puntas de flecha a cada lado de la línea que representa la falla. En ocasiones, puede ser
indicado, para mejorar la visualización de la falla en el corte, prolongar su traza por encima de su
intersección con la superficie, mediante una línea discontinua.
De desgarre o en dirección
Contacto tectónico indiferenciado o falla vertical
CRITERIOS DE RECONOCIMIENTO.
Los criterios para reconocer fallas pueden ser divididos en tres categorías:
1. Rasgos intrínsecos a la falla. Las fallas a menudo pueden ser reconocidas por las
estructuras y las texturas características que se desarrollan en las rocas como resultado
del cizallamiento. Estas texturas y estructuras según la intensidad y velocidad de
fallamiento, y con las condiciones físicas bajo las cuales ocurre la falla, que dependen en
gran medida de la profundidad: rocas cataclásticas, milonitas. En el plano de falla
podemos encontrar diversas estructuras, como espejos de falla, escalones y estrías,
presencia de venillas rellenas de fluidos hidrotermales….
2. Efecto en unidades rocosas. El desplazamiento por fallas produce por lo general contacto
entre unidades que no existiría naturalmente. Este tipo de discontinuidad es uno de los
mayores argumentos para determinar la presencia de una falla.
3. Efecto en rasgos fisiográficos: alineaciones, como p.ej. de ríos, escarpes, manantiales…
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7.5.2.- DIACLASAS.
Son fracturas, discontinuidades, en las que a diferencia de las fallas, no ha habido un
desplazamiento significativo entre los dos bloques.
Se reconocen en cualquier tipo de roca (ígnea, metamórfica o sedimentaria), y suponen una
evidencia clara de la rotura frágil del macizo rocoso en alguna etapa de su historia deformacional.
Dependiendo de las rocas en que se produzcan, las diaclasas tienen una orientación general
determinada. Por ejemplo en las rocas sedimentarias, las diaclasas son, por lo general,
perpendiculares a la superficie de estratificación, mientras que en las rocas ígneas pueden tener
cualquier orientación. Así en rocas sedimentarias se puede decir que su mayor dimensión es
siempre horizontal, mientras que en rocas ígneas, por lo general no tienen una dimensión
preferente.
Las diaclasas se propagan durante un proceso de fractura continuo o mediante una serie de
rupturas sucesivas. A menudo se reconocen en familias con espaciados regulares que pueden
ser reconocidos en áreas con poca deformación aunque en otras ocasiones, pueden tener un
espaciado irregular. En rocas sedimentarias bien estratificadas, las diaclasas suelen tener un
patrón bien definido, compuesto por diaclasas sistemáticas tempranas y diaclasas cruzadas
(cross-joints).
La manera de describir una diaclasa desarrollada en un medio isótropo, con la geometría más
simple posible, es decir que tiene la forma de una moneda en la cual, la dirección perpendicular a
la fractura es el eje y, y los ejes x y z son paralelos a la misma. Este tipo de fracturas se originan
en un punto y se propagan en todas las direcciones de manera radial. Otros parámetros que se
utilizan para describir las fracturas de extensión son la apertura y la longitud. Las diaclasas se
caracterizan por tener aperturas pequeñas en relación con las longitudes.
En el caso de rocas anisótropas, como pueden ser las rocas sedimentarias estratificadas, las
diaclasa se propagan desde su inicio de manera radial hasta que algunos de sus puntos alcanza
un límite de capa, un plano de estratificación que sirva como una barrera a la propagación de la
fractura. Si los planos de estratificación están relativamente próximos, se impedirá la propagación
de la fractura en dirección perpendicular a las capas, mientras que la fractura puede continuar
creciendo en una dirección contenida en los planos de estratificación. Este hecho condiciona que
las diaclasas en rocas sedimentarias tengan una geometría que se aleja de la forma de moneda,
y que por el contrario adquieren una geometría de lámina o «cuchilla» (blade).
Una vez descrita la geometría más común que pueden presentar las diaclasas individuales se
pueden describir las características que presentan las superficies de fractura. De acuerdo con
la mecánica de fracturación elástica linear, que es la que se utiliza normalmente para analizar
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desde el punto de vista físico los procesos de fracturación, las diaclasas desarrolladas en un
medio isótropo deberían de tener una superficie plana y lisa como un espejo. Las observaciones
en la naturaleza indican que esto no es verdad, y que la morfología de la superficie de las
diaclasas presenta numerosas irregularidades que tienen su origen en diversas causas,
fundamentalmente relacionadas con los procesos de propagación y crecimiento de las fracturas y
con la anisotropía de los materiales involucrados.
Una de las estructuras más comunes que se pueden apreciar en las superficies de las diaclasas
es la denominada ornamentación plumosa
Las estructuras plumosas se forman a diversas escalas, y su tamaño se puede relacionar con el
tamaño de grano de las rocas afectadas. Por lo general en rocas de tamaño de grano menor las
estructuras plumosas son menores, mientras que en las de mayor tamaño de grano tienen un
tamaño mayor.
Una característica bien establecida acerca de las diaclasas es el hecho de que no aparecen
aisladas, sino que siempre se encuentran en grupos que pueden ser sistemáticos o no. De esta
manera, las diaclasas sistemáticas son aquellos grupos de diaclasas que son paralelas o
subparalelas unas a otras y mantienen un espaciado aproximadamente regular entre. No hay una
regla que determine cual es el espaciado mínimo o máximo para considerar sistemáticas a una
serie de diaclasas, pero por lo general se admite que deben de estar lo suficientemente juntas
como para poder ver varias de ellas en el mismo afloramiento. Las diaclasas sistemáticas pueden
estar restringidas a una capa o pueden afectar a varias de ellas.
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TEMA 7.- TECTÓNICA
Por otro lado, las diaclasas no sistemáticas son menos planares que las sistemáticas, tienen una
distribución espacial irregular, no son paralelas a otras diaclasas vecinas y pueden terminar
contra otras diaclasas que las rodean.
Tanto las diaclasas sistemáticas, como las no sistemáticas pueden darse en el mismo
afloramiento. Desde el punto de vista de las relaciones que tienen las diaclasas con sus vecinas
se pueden diferenciar, además, familias de diaclasas y sistemas de diaclasas (no se deben
confundir con diaclasas sistemáticas). Las familias de diaclasas son un grupo formado por todas
las diaclasas sistemáticas que aparecen en una región. Cuando existen dos o más familias de
diaclasas que se intersectan formando ángulos más o menos constantes se denominan sistemas
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de diaclasas. En función del ángulo diedro que formen las distintas familias, podemos clasificar
los sistemas en ortogonales (diedro 90°) o en conjugados (si el valor del diedro se sitúa entre 30°
y 60°). En muchos casos el término sistema de diaclasas se utiliza para decir que las familias
existentes son coetáneas, lo que no es correcto. Un sistema de diaclasa solo se refiere a la
relación espacial entre las distintas familias de diaclasas y no a sus posibles relaciones genéticas.
Se puede apreciar como, en algunos casos, una de las familias del sistema está formada por
diaclasas más continuas, que se denominan diaclasas maestras, mientras que otra familia esta
formada por otras más cortas que terminan contra las maestras y que se denominan diaclasas
cruzadas (cross joints).
La caracterización del diaclasado de un macizo se realiza a partir de las siguientes medidas:
-
Orientación de la diaclasa (es decir, dirección, buzamiento y sentido del mismo)
-
Espaciado entre las diaclasas sucesivas de la misma orientación
-
Apertura, es decir, distancia media entre las paredes de la junta
-
Persistencia y penetratividad: continuidad de las juntas o longitud de sus trazas
-
Rugosidad superficial, propiedad que condiciona su comportamiento friccional
-
Presencia o ausencia de relleno, y características del mismo.
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Se consideran varios TIPOS.
En cuanto a su morfología pueden considerarse:
-
Diaclasas ocultas o latentes, no visibles a simple vista, que se manifiestan cuando la roca
rompe
-
Diaclasas cerradas, con los bordes en contacto
-
Diaclasas abiertas, con separación entre los bordes. Pueden tener minerales de
neoformación, o a favor de ellas intruir diques…
En cuanto a su origen, pueden considerarse varios tipos:
-
Diaclasas
originan
de
origen
durante
los
tectónico.
Se
episodios
de
deformación, independientemente del
régimen tectónico.
Las diaclasas tensionales son las que responden a fenómenos de estiramiento de las
rocas. Aparecen normalmente abiertas, y rellenas de algún material precipitado,
presentando forma de cuña o de lentejas vistas en sección. Frecuentemente se presentan
asociadas y escalonadas, orientándose según el campo de esfuerzos, con dirección de
extensión paralelo al eje de mínimo esfuerzo. Son las que se presentan por ejemplo en la
parte convexa de los pliegues.
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Las diaclasas compresionales, en tectónica compresiva, presentan un contorno más neto.
Cuando se presentan asociadas a fallas inversas siguen dos series, una paralela a la falla
inversa, y otras oblicuas. También son las que se presentan en la parte cóncava de los
pliegues.
-
Diaclasas de descompresión, al desmantelarse la cobertera por encima de un macizo
rocoso. Son típicas en rocas graníticas, aflorando éstas en bloques paralepipédicos que
resultan de la intersección de varios juegos de estas diaclasas, produciéndose también
familias de diaclasas subparalelas a los contornos del plutón. Las diaclasas de exfoliación
son un caso especial, presentándose las diaclasas paralelas a la superficie del terreno.
-
Diaclasas de retracción por enfriamiento. En ocasiones se generan por los esfuerzos
tensionales generados durante la cristalización magmática y consiguiente pérdida de
volumen y retracción. Esto es particularmente evidente en las rocas ígneas,
desarrollándose juntas perpendiculares a la superficie de enfriamiento, que suele
corresponder a los márgenes de las coladas de lava, sills y diques de muchos plutones.
En cuerpos de espesor uniforme pueden desarrollarse juntas que delimitan prismas de
roca de sección quasi hexagonal (columnas de basalto).
-
En el caso de materiales arcillosos, pueden producirse juntas que delimitan cuerpos
hexagonales por disminución de volumen por desecación (arcillas).
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7.6.- DEFORMACIÓN DÚCTIL: PLIEGUES
Un pliegue es una ondulación, una curvatura de una superficie planar, como resultado de la
actuación de esfuerzos, de origen tectónico o gravitatorio. Corresponde a una deformación dúctil
o continua.
ELEMENTOS GEOMÉTRICOS QUE DESCRIBEN UN PLIEGUE. DEFINICIONES.
•
Eje del pliegue: es una línea imaginaria, cuya revolución da lugar a la superficie curvada. No
tiene una localización específica en ningún punto del pliegue.
•
Charnela, y zona de charnela (Hinge): corresponden a la máxima curvatura del pliegue,
correspondiente a la mayor deformación. La charnela corresponde a la alineación de puntos,
y la zona de charnela a la zona inmediata
a ésta.
•
Flanco (Limb): son las zonas adyacentes
a la zona de charnela, que corresponden
a una deformación mucho menor, que
incluso sería nula en los puntos de
inflexión (inflection point), en los que la
curvatura pasa de cóncava a convexa.
•
Cresta (Crest) y seno o valle (Trough): son la zona más alta y más baja topográficamente,
que pueden coincidir con las charnelas.
•
Superficie o plano medio (Median surface) es el que une los puntos de inflexión de una
superficie plegada.
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•
Plano axial o plano bisectriz (Axial surface) es el que une las líneas de charnela de las
sucesivas superficies plegadas dentro de un pliegue.
•
Amplitud (amplitude) es distancia vertical entre las sucesivas charnelas, medida de forma
perpendicular a la superficie media.
•
Vergencia del pliegue es la inclinación de su plano axial
CLASIFICACIÓN DE LOS PLIEGUES
1) Según la forma y/o edad de los materiales, los pliegues pueden ser:
-
Anticlinal (anticline): es un pliegue generalmente convexo hacia arriba, en cuyo núcleo
se encuentran los materiales más antiguos.
-
Anticlinorio (anticlinorium) es una estructura anticlinal a escala regional, compuesta de
pliegues laxos
-
Antiforme (antiform) es un pliegue de morfología convexa hacia arriba, del cual se
desconoce la edad (absoluta o relativa) de los materiales
-
Sinclinal (syncline): es un pliegue generalmente cóncavo hacia arriba, en cuyo núcleo se
encuentran los materiales más modernos.
-
Sinclinorio (synclinorium) es una estructura sinclinal a escala regional, compuesta de
pliegues laxos
-
Sinforme (synform) es un pliegue de morfología cóncava hacia arriba, del cual se
desconoce la edad (absoluta o relativa) de los materiales.
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Hay que señalar que no siempre los anticlinales corresponden morfológicamente a una
montaña y los sinclinales a un valle, sino que más bien al contrario, es normal que a favor de
un anticlinal se encaje un río, debido a que son rápidamente atacados por la erosión.
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Dos anticlinales están siempre separados por un sinclinal, y dos sinclinales están siempre
separados por un anticlinal.
2) De acuerdo con la geometría e inclinación del eje del pliegue (línea generatriz) pueden ser:
- Cilíndricos: aquellos pliegues cuyo eje es rectilíneo
a. cilíndrico horizontal: si además de rectilíneo, es horizontal. En este caso las
direcciones de capa son un conjunto de rectas paralelas entre sí.
b. cilíndrico con inmersión, si el eje tiene una cierta inmersión. En este caso las
direcciones de capa son paralelas sólo en un tramo, curvándose luego en la
charnela.
La traza de un pliegue con inmersión vista sobre un mapa describe una curvatura,
de forma que el buzamiento de la superficie plegada va cambiando
progresivamente de orientación de acuerdo con un patrón de distribución que
tiende a aproximarse a una semiesfera. La zona donde las capas se “enraízan”
en el terreno con esta curvatura se denomina terminación periclinal.
- No cilíndricos: aquellos en que el eje axial es curvilíneo. En este caso no se pueden definir
las horizontales de capa, siendo las isoipsas realmente trazos curvados en toda su extensión.
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3) Según la forma de las capas plegadas. Se define isógona como la línea que une dos
puntos de igual inclinación en el techo y en el muro de un flanco de un pliegue. De acuerdo
con esta medida, los pliegues se clasifican en tres clases, la primera de las cuales tiene tres
subclases (clasificación de Ramsay).
-
Clase 1-Se caracteriza porque la curvatura del arco interno es mayor que la del externo,
lo que hace que las isogonas se dispongan en una posición radial, convergentes hacia el
interior o núcleo del pliegue. En todos los pliegues de esta clase, el espesor paralelo al
plano axial es mayor en los flancos que en la charnela
o
subclase 1A, espesor ortogonal en los flancos es mayor que en la charnela.
Estos pliegues son poco comunes y presentan las isogonas fuertemente
convergentes hacia el núcleo.
o
subclase 1B: espesor ortogonal es constante a lo largo del pliegue. Las
superficies de techo y muro son paralelas, por lo que estos pliegues se
denominan paralelos o isopacos (lo que significa de igual espesor). A veces se
denominan también concéntricos.
o
-
subclase 1C: el espesor ortogonal en los flancos es menor que en la charnela.
Clase 2. Los dos arcos tienen la misma curvatura, es decir, son idénticos. Por eso, estos
pliegues se denominan similares. Al ser las dos curvaturas iguales, las isogonas son
paralelas entre sí y paralelas al plano axial, y el espesor paralelo al plano axial es
constante.
-
Clase 3 -La curvatura del arco externo es mayor que la del interno, lo que hace que las
isogonas se dispongan convergentes hacia afuera o, lo que es lo mismo, sean
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divergentes hacia el núcleo del pliegue. El espesor paralelo al plano axial es siempre
mayor en la charnela que en los flancos.
Además de los pliegues paralelos y similares, hay una tercera clase de pliegues, muy
abundantes, que por su geometría quedan fuera del campo de aplicación de este método: los
pliegues angulares. Ello se debe a que al tener los flancos planos, su inclinación es igual en
todos sus puntos y no pueden trazarse isogonas.
Es importante hacer notar que lo que se clasifica en un pliegue es cada capa. Si un mismo
pliegue afecta a varias capas, es muy probable que cada una
de ellas tenga una geometría distinta, y es muy común que
pliegues paralelos y similares s.l. se alternen, correspondiendo
cada una de esas geometrías a un tipo de litología.
El modelo de generación de los distintos tipos de pliegues es diferente:
-
Los pliegues paralelos y angulares se forman por flexión de las capas
-
Los similares incluyen no sólo flexión, sino también aplastamiento.
La flexión puede darse en capas sedimentarias y coladas volcánicas a muy baja temperatura,
mientras que para que las rocas sufran una fuerte deformación interna que produzca
aplastamiento, se necesitan temperaturas mayores. Por eso, los pliegues formados cerca de
la superficie son a menudo paralelos (sensu lato) mientras que los más profundos suelen ser
similares. Los pliegues angulares, el tercero de los grupos, se producen esencialmente por
flexión, pero pueden darse en condiciones de T que varían desde muy bajas a medias.
Existen tres maneras diferentes de producir la flexión de un conjunto de superficies
aproximadamente planas, según el tipo de esfuerzos que se aplique y su dirección en relación
a la orientación de las capas: El pandeo u ondulamiento (“buckling”) consiste en la
generación de pliegues por esfuerzos normales actuando paralelamente a las capas o casi.
La combadura (“bending”) es la formación de pliegues por esfuerzos normales actuando
perpendicularmente o muy oblicuos a las capas. El cizallamiento simple heterogéneo es la
generación de pliegues por aplicación de esfuerzos de cizalla oblicuos a las capas. La figura
muestra la generación de pliegues en un paquete de tarjetas por los tres mecanismos.
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Los pliegues formados en condiciones que favorecen la deformación dúctil acomodan la
deformación interna desarrollando algún tipo de clivaje o foliación (esquistosidad). La formación
de clivaje está favorecida por el acortamiento, de modo que cuanto mayor sea éste, mas
intensamente se habrá desarrollado aquel.
En una alternancia, los pliegues que se forman en las capas competentes tienden a ser paralelos
(clase 1B de la clasificación de Ramsay) cuando el contraste de competencias es grande, pero si
no es tan grande, sufren un cierto engrosamiento en las charnelas y un adelgazamiento en los
flancos, pasando a ser de la clase 1C. Los pliegues en los niveles incompetentes suelen ser de la
clase 3, con su curvatura externa es mayor que la interna. Si se ha desarrollado un clivaje
penetrativo, éste se refractará al pasar de unas capas a otras y en las charnelas dará unas figuras
convergentes o divergentes. En las capas competentes se producen los llamados abanicos de
esquistosidad (“fanning”), convergentes hacia el intradós, mientras que en las incompetentes se
producen los llamados embudos de esquistosidad (“antifanning”), divergentes hacia el intradós.
Abanico convergente y embudo
o abanico divergente en capas competentes
e incompetentes respectivamente.
4) Otra forma frecuente de clasificar los pliegues es según la inclinación del plano o superficie
axial. De acuerdo con esto pueden ser:
-
Pliegues rectos, con el plano axial vertical
-
Pliegues en abanico, cuando se individualizan dos planos axiales
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-
Pliegues inclinados, cuando el plano axial está inclinado (con un ángulo inferior a
45º)
-
Pliegues vergentes: cuando el plano axial está inclinado más de 45º respecto a la
vertical. El sentido de vergencia del pliegue es el correspondiente al ángulo agudo del
plano axial respecto a la horizontal.
-
Pliegues tumbados o recumbentes, cuando el plano axial está próximo a la
horizontalidad. En este caso los pliegues pueden llegar a fracturarse por el núcleo,
dando lugar a un pliegue-falla o un cabalgamiento.
5) Si atendemos al ángulo entre los flancos, los pliegues pueden dividirse en:
-
Pliegues isoclinales, cuando los dos flancos buzan en el mismo sentido
-
Pliegues monoclinales, cuando uno de los flancos está mucho más desarrollado que
el otro, pareciendo la estructura una serie monoclinal.
-
Pliegues en acordeón
-
Pliegues en cofre o artesa
-
Pliegues simétricos, cuando el plano axial divide simétricamente el pliegue en dos
unidades especulares
-
Pliegues asimétricos, cuando el plano axial divide el pliegue en dos unidades no
simétricas.
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Pliegue acostado del Dent de Morcles (Alpes Helvéticos). El pliegue
se sitúa sobre una zona de cizalla que adelgaza fuertemente su flanco inferior
SIMBOLOGÍA DE PLIEGUES EN MAPAS GEOLÓGICOS
En la cartografía geológica se utiliza una determinada simbología para denotar la presencia de
pliegues. En la figura se resumen los principales tipos de símbolos empleados. Los símbolos
corresponden al eje del pliegue, y en la cartografía se representan en la zona próxima a la línea
de charnela.
En el caso de que las estructuras queden fosilizadas por discordancias, la traza de los pliegues se
indica con una línea discontinua. En el caso de que queden interceptadas por una falla, la traza
del pliegue se interrumpe.
En los cortes geológicos, al quedar la naturaleza del pliegue evidenciada, no debe emplearse
ninguno de los símbolos anteriores.
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OTRAS ESTRUCTURAS
•
Clivaje o foliación tectónica. Foliación viene del latín folium, hoja y se aplica a cualquier
estructura planar, tanto primaria como secundaria, y foliación tectónica se aplica a las
foliaciones secundarias generadas por deformación. Usaremos clivaje y foliación tectónica
indistintamente como términos genéricos y los definiremos como estructuras planares, más o
menos penetrativas, producidas en las rocas metamórficas por causas tectónicas.
Una de las principales características del clivaje es que se dispone aproximadamente paralelo
al plano axial de los pliegues generados durante la misma fase de deformación. Esto es una
consecuencia de que ambas estructuras tienden a ser paralelas al plano de máximo
aplastamiento del elipsoide de deformación finita
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•
Las lineaciones de intersección son las formadas por la intersección de dos familias de
estructuras planares. Las más comunes y utilizadas en Geología Estructural son las
intersecciones entre estratificación y clivaje o entre distintas generaciones de clivaje.
Esquisto afectado por dos crenulaciones ortogonales y, por tanto, con dos lineaciones de crenulación.
•
Pliegues menores que se denominan “mullions”. Los mullions son pliegues que se forman
en capas que sufren acortamiento fuerte y engrosamiento. Las superficies plegadas consisten
en una alternacia de lóbulos redondeados y cúspides agudas, por lo que se denominan
también pliegues cuspado-lobados (“cuspate-lobate folds”). Allí donde una capa incompetente
penetra, por así decirlo, en una capa competente, se forman cúspides y donde sucede lo
contrario, lóbulos.
Cuando el contraste de viscosidades es grande se pueden producir unos tipos especiales de
pliegues menores que muestran una gran amplificación y muy poco engrosamiento de la capa
y que a menudo tienen geometría de elásticas. Cuando estos pliegues se desarrollan en
venas cuarzo-feldespáticas o en filones graníticos se denominan pliegues ptigmáticos. El
nombre deriva del griego ptygma, que significa “lo que está plegado”.
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Pliegues
ptigmáticos en una
vena granítica
•
Los “boudins” son estructuras producidas por extensión de capas o niveles competentes en
las cuales éstas se han separado total o parcialmente en fragmentos. La palabra, de origen
francés, significa literalmente morcilla y describe perfectamente las formas que a menudo
exhiben en perfil estas estructuras. Por “boudinage” se entiende el proceso que genera
boudins. Se llama cuello (“neck”) a la zona, vista en sección, en que las capas se adelgazan
y por las cuales a menudo se han roto. Esta zona se sigue en cada boudin por las llamadas
líneas de cuello (“necklines”). Para cada boudin se define anchura (“width”) como la
distancia entre dos líneas de cuello medida sobre el techo o muro de la capa, espesor
(“thickness”), como el espesor de la capa boudinada, longitud (“length”) como la longitud de
las líneas de cuello. Separación (“separation” o “gap”) es la distancia entre dos líneas de
cuello medida entre dos fragmentos separados pero adyacentes.
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Además hay que tener en cuenta que en procesos de deformación las estructuras tectónicas rara
vez se encuentran aisladas, de forma que los pliegues suelen ir asociados a otras estructuras
frágiles. Dentro del contexto de una estructura plegada, las fracturas de carácter distensivo se
concentran en la parte convexa del pliegue, y las compresivas en la parte cóncava, como se
señaló anteriormente.
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7.7.- DEFORMACIÓN VISCOSA: DIAPIRISMO
Los pliegues formados bajo flujo viscoso del material presentan cualquier geometría, no siendo
posible en la mayor parte de los casos reconocer los elementos característicos de un pliegue
(charnela, plano axial…). Estos pliegues tampoco implican acortamiento o aplastamiento,
simplemente fluencia.
En principio, para que se alcancen condiciones de fluencia viscosa, sería necesario que se
alcanzasen altas temperaturas y presión, en condiciones de fusión parcial de las rocas, es decir,
en niveles corticales profundos. Esta fusión daría lugar a una pérdida de densidad, que originaría
el ascenso de los materiales atravesando las rocas sólidas y más densas superficiales. Este sería
el caso de los domos gneísicos y pliegues en forma de champiñón. Cuando la superficie de
separación entre el material parcialmente fundido y el material sólido presenta una cierta
inclinación original, el flujo viscoso da lugar a las escamas graníticas o a mantos profundos.
Pero la deformación viscosa puede darse también en materiales muy plásticos, sin que sea
necesario en este caso alcanzar tan altas temperaturas. Este sería el caso de los diapiros
salinos.
Un DIAPIRO es un cuerpo de roca que se ha movido hacia arriba atravesando y desplazando las
rocas suprayacentes. La palabra deriva del vocablo griego diaperein, que significa perforar. La
ascensión de tales cuerpos de roca tiene una causa gravitatoria: la menor densidad de las rocas
que ascienden, en relación con la densidad de las rocas atravesadas, les confiere una fuerza
ascensional. Para que la ascensión se produzca se necesita, además de una menor densidad,
que proporciona la fuerza, la existencia de rocas suficientemente dúctiles como para poder fluir y
la posibilidad de que las rocas superiores o suprayacentes puedan hacer sitio a la masa
ascendente deformándose. Los diapiros más comunes son los de evaporitas, rocas formadas por
concentraciones excesivas de sales como cloruros, sulfatos o nitratos, que precipitan formando
capas de espesor a veces considerable. Frecuentemente, tales concentraciones se dan en
cuencas continentales endorreicas en las que la
evaporación de agua es superior a los aportes
fluviales debidos a las precipitaciones. Se dan
también
casos
en
mares
interiores
cuya
comunicación con el mar abierto es interrumpida
durante un cierto periodo de tiempo y en los que
también la tasa de evaporación supera a la de
aporte.
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También son comunes los diapiros de arcilla y barro, materiales muy plásticos y poco densos
cuando están empapados de agua. Estos y los salinos son característicos de depósitos
sedimentarios en la parte superior de la corteza terrestre, a profundidades menores de 15 km en
general.
A mayores profundidades, todavía dentro de la corteza, se dan otro tipo de diapiros: las
intrusiones graníticas. Los granitos son masas de roca fundida cuya composición química es
muy rica en óxidos de elementos ligeros como SiO2, Na2 O, K2 O y CaO. Debido a su
composición y a encontrarse en estado líquido o parcialmente líquido (más del 10% líquido), su
peso específico es menor que el de la mayor parte de las rocas que se encuentran en la corteza
continental media e inferior, entre 10 y 30 km de profundidad, por lo que ascienden, formando
plutones discordantes, llamados batolitos o stocks, que son estructuras diapíricas.
Más abajo, en el manto de la Tierra, que comprende las profundidades de entre 10 a 35 km, las
rocas, muy densas, son en general bastante dúctiles, y están en un continuo movimiento que
transfiere calor de las parte profundas a las superiores por medio del ascenso de masas
profundas calientes. Aparentemente, parte de este proceso se realiza por Medio de estructuras
similares a las diapíricas que se llaman penachos mantélicos (“mantle plumes”), que pueden
tener del orden de 100 km de diámetro y ascender, a veces, desde la zona de contacto entre el
manto y núcleo terrestre, recorriendo distancias de 2600 a 2800 km.
La ascensión de un diapiro se puede producir por distintos mecanismos: por empujes
tangenciales, por gravedad, o por combinación de ambos.
Por gravedad, puede producirse ascensión por
-
desigualdad en el límite de la formación
-
carga desigual de las rocas suprayacentes
-
diferencia de densidad
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Las diferentes formas de los diapiros dependen de la ductilidad de las rocas encajantes y de las
anisotropías que existan en ellas pero, en gran medida, dependen también de la evolución del
diapiro en un momento dado, de manera que las diferentes formas representan a la vez distintos
estadios en su evolución. Las formas más características son las de almohadilla, domo, cilindro o
pistón, cono, tubo o espina y champiñón u hongo. La mayor parte de los diapiros responden a su
nombre, es decir, son perforantes, pero algunos no interrumpen la continuidad de las capas
encajantes, limitándose a deformarlas.
Las estructuras diapíricas pueden ser:
-
pliegues diapíricos, con el núcleo con el material de menor densidad
-
intrusiones diapíricas en fallas. Se inyecta el material a través del propio plano de falla,
pudiendo arrastrar otros materiales no salinos.
-
Escamas diapíricas, en forma de seta, con un cuello
-
Chimeneas diapíricas
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-
Domos: columnas verticales, de sección circular, que ascienden, independientemente de
los esfuerzos tectónicos. Presentan un diámetro entre 1 y 3,5km.
Muchos diapiros llegan a extruir, es decir, a atravesar toda su cobertera y aflorar en superficie. A
menudo, la erosión de la cobertera contribuye al afloramiento de la masa salina.
Los diapiros, como otras estructuras, dan lugar a trampas donde se acumula petróleo o gas. Los
hidrocarburos, en general, no se encuentran en la capa en la que se han originado, sino que
tienden a moverse por las capas porosas hacia arriba, debido a que son menos pesados que el
agua, y se acumulan allí donde encuentran rocas impermeables que no pueden atravesar. Por
tanto, son posibles trampas de hidrocarburos las culminaciones de capas porosas en contacto
con capas impermeables, bien sea este contacto concordante o discordante, las zonas donde una
capa porosa es interrumpida por una falla que la pone en contacto con una capa impermeable y
las zonas donde una capa porosa es cortada por un diapiro salino, que es impermeable. También
la montera del diapiro es a veces una buena trampa, porque contiene rocas porosas.
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7.8.- ASOCIACIÓN DE DEFORMACIÓN FRÁGIL Y DÚCTIL.
MANTOS
Hay casos en que aparecen asociadas la deformación frágil y la dúctil. Es el caso de los
pliegues-falla. La evolución de un pliegue volcado puede desembocar en la formación de un
cabalgamiento, por estiramiento progresivo de uno de sus flancos.
Los cabalgamientos, en particular los que participan de un estilo de deformación en piel fina (thinskinned), poseen una geometría llamada de rampa-rellano. Los cabalgamientos se propagan en
su mayoría a lo largo de zonas de debilidad dentro de una secuencia sedimentaria, tales como
arcillas o capas salinas, las cuales son llamadas rellanos. Si la eficacia de la separación se
reduce, el corrimiento tenderá a cortar la sección a un nivel estratigráfico más alto, hasta que
alcance otra separación o despegue efectivo con el que pueda continuar como en el caso de los
lechos planos paralelos. La parte del cabalgamiento que une los dos planos se conoce como una
rampa y se forma típicamente en un ángulo de unos 15° a 30° respecto a la base. El
desplazamiento continuado de un cabalgamiento sobre una rampa produce un pliegue de
geometría característica conocido como rampa anticlinal o, más generalmente, como pliegue de
flexión de falla.
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Los MANTOS (mantos de plegamiento, de cabalgamiento, de recubrimiento, de gravedad…)
hacen mención a los casos en los que un conjunto de materiales se ha desplazado sobre otros
infrayacentes, siendo la cuantía de este desplazamiento de varios kilómetros, o incluso decenas
de kilómetros.
El manto en sí constituye un terreno alóctono, y los materiales situados bajo el manto se
denominan autóctonos. Cuando la erosión actúa, puede dejar aisladas porciones del manto, que
se denominan klippes o isleos tectónicos, o
excavar
hasta
llegar
al
autóctono,
formándose una ventana tectónica.
Estas estructuras se encuentran siempre en zonas orogénicas o bordes destructivos, en los que
se produce un gran acortamiento y disminución de la superficie submarina ocupada originalmente
por los sedimentos, los cuales son plegados y fracturados unos sobre otros dando lugar a los
mantos.
El apilamiento de los sedimentos puede producirse merced a sucesivos pliegues falla, pero más
evolucionados, en cuyo caso se habla de mantos de cabalgamiento, o bien mediante sucesivos
pliegues tumbados, hablando entonces de mantos de plegamiento (acumulaciones de pliegues
tumbados).
Todo este amontonamiento ordenado de materiales forma parte del orógeno que progresivamente
emerge para dar lugar a una cadena de montañas. La aparición de este relieve desencadena
fenómenos gravitatorios, condicionando las pendientes (subaéreas o subacuáticas) el
deslizamiento de algunas de las partes más superficiales del orógeno. Puede generarse una
superficie de despegue (normalmente coincidente con un nivel arcilloso), y llegar a deslizar masas
de cientos de kilómetros cúbicos de roca a distancias de hasta 100km desde el punto de origen.
Así se generan los mantos de deslizamiento, también llamados de gravedad
La parte frontal de este manto de gravedad puede avanzar sobre una superficie topográfica
preexistente, o bajo el agua en el seno de una cuenca marina (que suelen bordear el orógeno).
En este caso el frente de avance actuará como una pala mecánica sobre los sedimentos aún
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sueltos depositados en la cuenca, empujándolos, deformándolos y rompiéndolos. Se forman así
los olistostromas, constituidos por un conjunto caótico de bloques empastados en una masa
arcillosa.
Un último fenómeno también debido a la gravedad son los pliegues de deslizamiento o slump,
formados por el deslizamiento de una capa de sedimentos blandos, producido por un movimiento
tectónico o por una sacudida sísmica. Aparecen también en el frente de los mantos, asociados a
los olistostromas.
Tanto los mantos de deslizamiento como los olistostromas aparecen ampliamente desarrollados
en los Alpes y en los Apeninos.
En España aparecen numerosos ejemplos de mantos de gravedad, olitostromas y pliegues slump
en los Pirineos y en las cordilleras Béticas.
Otro caso de asociación de deformación frágil y dúctil son los pliegues de propagación de falla
Los pliegues de propagación de falla se forman en la parte superior de una falla de empuje en la
que ha desaparecido la propagación a lo largo del desprendimiento entre capas, pero el
desplazamiento del cabalgamiento continúa detrás de la parte superior de la falla. El
desplazamiento continuo se adapta por la formación de un par asimétrico de pliegues anticlinalsinclinal. Como el desplazamiento continúa, la punta del cabalgamiento comienza a propagarse a
lo largo del eje del sinclinal. Estas estructuras son también conocidas como pliegues de línea de
contorno. Con el tiempo la punta cabalgante que se propaga puede llegar a otra capa de
desprendimiento o despegue eficaz y se desarrollará una estructura de pliegue compuesto con
características tanto de de pliegue de flexión de falla como de pliegue de propagación de falla.
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7.9.- NIVELES ESTRUCTURALES
A menudo se habla de niveles tectónicos o estructurales para referirse a las zonas en las que
predominan unos determinados mecanismos de deformación y, consecuentemente, unas
determinadas estructuras o familia de estructuras. La figura muestra esquemáticamente las
diferentes estructuras que pueden aparecer con la profundidad en una serie sedimentaria potente
depositada sobre un margen continental en el caso de una tectónica compresiva. En la parte
superior son frecuentes los cabalgamientos y fallas inversas, aunque pueden formarse pliegues
debido a que los sedimentos son rocas relativamente blandas y con capacidad para flexionarse
sin romperse para esfuerzos no muy grandes. La deformación dúctil es en esa zona de intensidad
limitada, y los pliegues serán paralelos o poco aplastados. Hacia abajo, la disolución por presión y
el creep de dislocaciones inducen deformaciones internas de gran intensidad, generando clivajes.
Los pliegues son, en esa zona, aplastados, de geometría similar (s.l.) y sus planos axiales son
subparalelos al clivaje, el cual evoluciona, hacia abajo, desde un clivaje espaciado o grosero a un
clivaje pizarroso, una esquistosidad y un bandeado gnéisico. En las partes más profundas, los
sedimentos o el basamento sobre el cual reposan pueden llegar a fundir, un proceso conocido
como anatexia o anatexis, que da lugar a rocas ígneas graníticas (cruces).
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Así, puede hablarse de un nivel estructural superior, caracterizado por los mecanismos de
flexión y deslizamiento friccional y un nivel estructural inferior, caracterizado por la deformación
interna. En el superior son frecuentes los pliegues paralelos (s.l.) y las fallas y en el inferior los
pliegues similares (s.l.) y los clivajes. La separación entre ambos niveles estructurales vendría
marcada por la aparición generalizada del clivaje, cuyo límite, que suele ser una superficie
irregular, se denomina frente superior del clivaje o de la esquistosidad. Existen otras
subdivisiones, que incluyen un nivel estructural medio, pero, a menudo, más que hablarse de
niveles estructurales en concreto, se habla en términos comparativos: el nivel tectónico de las
rocas que afloran en una región es más o menos profundo que el de otra región o área.
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