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• Robert Huaripata Sangay

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Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería De Minas

PLIEGUES

ASIGNATURA DOCENTE

:

GEOLOGIA ESTRUCTURAL

:

ING. ABELARDO BARBOSA

CICLO

VI

ALUMNOS:    

HUARIPATA SANGAY, ROBERT PEREZ ANGULO, AUGUSTO RAICO TASILLA, ALEX SANGAY VASQUES, CARMEN

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas ÍNDICE DE CONTENIDOS ÍNDICE DE CONTENIDOS--------------------------------------------------------------------------1 DEDICATORIA ------------------------------------------------------------------------------------------4 AGRADECIMIENTO-----------------------------------------------------------------------------------4 INTRODUCCIÓN ----------------------------------------------------------------------------------------5 OBJETIVOS -----------------------------------------------------------------------------------------------6 OBJETIVO GENERAL -------------------------------------------------------------------------------- 6 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ------------------------------------------------------------------------ 6 PLIEGUES -------------------------------------------------------------------------------------------------7 1.

DEFINICION: ------------------------------------------------------------------------------------- 7 

DEFORMACIÓN DUCTIL: ---------------------------------------------------------------- 7

2.

ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LOS PLIEGUES: ------------------------------- 8  FLANCO.----------------------------------------------------------------------------------------- 8  BUZAMIENTO. -------------------------------------------------------------------------------- 8  EJE. -----------------------------------------------------------------------------------------------8  CHARNELA. ------------------------------------------------------------------------------------ 9  PLANO AXIAL.--------------------------------------------------------------------------------- 9  LONGITUD DE ONDA.---------------------------------------------------------------------- 9  ALTURA. ----------------------------------------------------------------------------------------- 9  VERGENCIA. ----------------------------------------------------------------------------------- 9

3.

CAUSAS DE LOS PLEGAMIENTOS: ---------------------------------------------------- 10  PLASTICIDAD ------------------------------------------------------------------------------- 11  VISCOSIDAD --------------------------------------------------------------------------------- 11  RIGIDEZ---------------------------------------------------------------------------------------- 12  TENACIDAD ---------------------------------------------------------------------------------- 12

4.

FACTORES DE LOS PLEGAMIENTOS: ----------------------------------------------- 13  LA PRESIÓN---------------------------------------------------------------------------------- 13  PRESIÓN CONFINANTE:---------------------------------------------------------------- 13

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  

TEMPERATURA ---------------------------------------------------------------------------- 13 • GRADIENTE TERMICO------------------------------------------------------- 13 CONTENIDO DE FLUIDOS DE LA ROCA ----------------------------------------- 14 TIEMPO----------------------------------------------------------------------------------------- 15 INFLUENCIA DE LAS CARACTERÍSTICAS ANISÓTROPAS DE LA ROCA -------------------------------------------------------------------------------------------- 15 ESFUERZOS DE COMPRESIÓN HORIZONTAL -------------------------------- 15 ACCIÓN DE INTRUSIONES ------------------------------------------------------------ 16 COMPACTACIÓN DIFERENCIAL --------------------------------------------------- 16

     

SOBREPESO DEL MATERIAL DE COBERTURA ------------------------------- 16 DURACIÓN DEL ESFUERZO ---------------------------------------------------------- 16 LA PRESENCIA DE AGUA -------------------------------------------------------------- 16 CONTENIDO DE HUMEDAD Y GRADO DE SATURACIÓN----------------- 16 LA EXISTENCIA DE PLANOS DE ESTRATIFICACIÓN O ------------------ 17 LOS TIPOS DE ROCAS ------------------------------------------------------------------- 17

   

5.

MECANISMOS DE LA DEFORMACION Y PLEGAMIENTO: ------------------ 17  PRIMERA ETAPA --------------------------------------------------------------------------- 17  SEGUNDA ETAPA -------------------------------------------------------------------------- 18  POR FUSION---------------------------------------------------------------------------------- 18

6.

NIVELES ESTRUCTURALES: ------------------------------------------------------------ 19  NIVEL ESTRUCTURAL SUPERIOR: ----------------------------------------------- 20  NIVEL ESTRUCTURAL MEDIO: ----------------------------------------------------- 20  NIVEL ESTRUCTURAL INFERIOR: ------------------------------------------------ 20

7.

TIPOS DE PLIEGUES: ----------------------------------------------------------------------- 21 7.1 ANTICLINALES------------------------------------------------------------------- 21 • CLASIFICACIÓN --------------------------------------------------------------------- 22 1. RECTO: ------------------------------------------------------------------------ 23 2. INCLINADO: ----------------------------------------------------------------- 23 3. TUMBADO O ACOSTADO: -------------------------------------------- 23 4. VOLCADO -------------------------------------------------------------------- 23 5. EN RODILLA: --------------------------------------------------------------- 24 6. EN DOMO: ------------------------------------------------------------------- 24 7. BRAQUIANTICLINAL --------------------------------------------------- 24 7.2 SINCLINALES--------------------------------------------------------------------- 24 • CLASIFICACIÓN --------------------------------------------------------------------- 25 1. POR SU FORMA: ----------------------------------------------------------- 25

3 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas 2. 3. 4. 5. 6.

POR SU SIMETRÍA: ------------------------------------------------------- 25 POR LA INCLINACIÓN DEL PLANO AXIAL -------------------- 26 POR EL ESPESOR DE SUS CAPAS --------------------------------- 26 POR EL ÁNGULO QUE FORMAN SUS FLANCOS ------------ 27 POR LA ESTRUCTURA DE SUS CAPAS--------------------------- 28

8.

ASOCIACIÓN DE PLIEGUES: ------------------------------------------------------------- 28  SERIES ISOCLINALES:--------------------------------------------------------- 28  ANTICLINORIOS: ---------------------------------------------------------------- 29  SINCLINORIOS: ------------------------------------------------------------------- 29

9.

PLIEGUES ASOCIADOS A FALLAS: --------------------------------------------------- 29 9.1 RELACIÓN ENTRE FALLAS Y PLIEGUES: ---------------------------- 29 9.2 CLASIFICACION DE LOS PLIEGUES RELACIONADOS CON FALLAS------------------------------------------------------------------------------ 31  PLIEGUES DE FLEXION DE FALLA (FAUL – BEN FOLDS): --------------------------------------------------------------------- 31  PLIEGUES DE PROPAGACION DE FALLA (FAULTPROPAGATION FOLDS): --------------------------------------------- 31  LOS PLIEGUES DESPAGADOS (DETACHMENT ODECOLLEMENT FOLDS) ------------------------------------------ 32

9.3

ESCAMAS TECTÓNICAS Y SU RELACION CON PLIEGUES ----33

10.

CASOS ESPECIALES DE PLIEGUES: ---------------------------------------------- 34 10.1 PLIEGUES ARMONICOS Y DISARMONICOS ------------------------- 34 10.2 PLIEGUES CON INMERSIÓN ---------------------------------------------- 34 10.3 PLIEGUE MONOCLINAL ----------------------------------------------------- 35 10.4 EN COFRE O ABANICO ------------------------------------------------------- 36 10.5 DIAPÍRICO --------------------------------------------------------------------------- 36 10.6 ESPEJO DEL PLIEGUE ------------------------------------------------------- 37

11.

CÁLCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL PLEGAMIENTO ------------------ 37

CONCLUSIONES ------------------------------------------------------------------------------------- 39 BIBLIOGRAFÍA---------------------------------------------------------------------------------------- 40

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DEDICATORIA El presente trabajo está dedicado a nuestros padres por el apoyo y comprensión brindados a diario y a nuestros docentes de la Escuela de Geología.

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AGRADECIMIENTO

En especial agradecemos a nuestros padres a quienes les debemos el estar estudiando esta carrera, también a la Ing. Lagos Manrique, Alejandro por las enseñanzas brindadas y valores inculcados que nos sirven de motivación para culminar esta fascinante carrera.

INTRODUCCIÓN

En muchas rocas, lo que un día fueron superficies planas se ha deformado y convertido en superficies curvas o no planas. Estas nuevas estructuras se llaman pliegues.

Los pliegues son quizá la manifestación más corriente, más evidente, de la deformación dúctil de las rocas. Se forman bajo condiciones muy variadas de esfuerzo, presión hidrostática, presión de los fluidos intersticiales y temperatura, tal como resulta patente por su presencia en sedimentos blandos, en rocas sedimentarias en toda la gama de las rocas metamórficas, e incluso en las estructuras primarias de flujo de algunas rocas ígneas. Realmente, su presencia indica alguna forma de deformación dúctil, aunque vale la pena recordad que la

6 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas usencia de pliegues no indica la ausencia de una deformación penetrativa

y

presente.

En

este

trabajo

mencionaremos

la

definición de

pliegues, los

elementos

geométricos que le componen, las causas que las originan, los tipos de pliegues y algunas asociaciones de los mismos con otras estructuras como las fallas, por lo que se considera a esta monografía como una de las partes más importantes del estudio de la Geología Estructural .

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

7 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas  Definir y explicar todo lo concerniente a los pliegues.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Tratar todo lo referente a la deformación dúctil.  Explicar y clasificar las diversos tipos de pliegues.  Conocer los niveles estructurales.  Conocer las relaciones existentes entre los pliegues y fallas.  Explicar las causas y los elementos geométricos de los que se componen los pliegues.

PLIEGUES

1. DEFINICION

Son arrugas producidas en las rocas mientras se encuentran en su estado plástico; sus dimensiones van de centímetros a cientos de km. Los pliegues se producen preferentemente en los bordes compresivos de las placas, es decir, en las zonas de subducción, y en general a importante profundidad.

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Muchas rocas que en la superficie terrestre se comportan frágilmente, pasan en la profundidad al comportamiento dúctil, plegándose frente a esfuerzos de compresión y cizalla, ya que la mayor presión y temperatura que existen en el subsuelo, favorecen la deformación plástica de las rocas. Para un tipo de roca dado el estudio de la geometría de los pliegues puede informarnos de modo aproximado sobre el mecanismo de formación y la profundidad a que se ha originado.

Estas rocas más antiguas se han alterado también sufriendo metamorfismo, razón por la cual los minerales planares como las micas crecen paralelos unos a otros y la roca tiende a dividirse fácilmente en láminas delgadas (esquistosidad). Al aumentar la distancia a la fuente de presión que produce el plegamiento los pliegues van muriendo tanto en la vertical como en la horizontal.

 DEFORMACIÓN DUCTIL: Es cualquier cambio en la posición o en las relaciones geométricas internas sufridas por un cuerpo como consecuencia de la aplicación de un campo de esfuerzos. Las rocas, al igual que cualquier otro material, se deforman ante la acción de esfuerzos externos. Nosotros no captamos esa deformación, pero sí podemos saber cuándo una roca está deformada. Estudiando la deformación podemos saber cómo han sido los esfuerzos que la produjeron y, por tanto, reconstruir la actividad tectónica pasada en una región.

9 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas

Cuando

las

rocas

adquieren

cierta

ductilidad

pueden

deformarse

sin romperse, es decir sin fallarse, formándose los Pliegues.

2. ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LOS PLIEGUES

 FLANCO. Conjunto de estratos inclinados que se encuentran a cada uno de los lados del plano axial de un pliegue.

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 BUZAMIENTO. Inclinación de los estratos de un pliegue.

 EJE. Línea central a partir de la que cambia el buzamiento. El eje es paralelo a la charnela y pasa por la base del pliegue. Línea que une los puntos de máxima curvatura.

 CHARNELA. Línea de flexión brusca de un pliegue. La charnela es paralela al eje y se encuentra en el punto de inflexión externo del pliegue. Línea en la que cambia el buzamiento de los estratos.

 PLANO AXIAL. Plano teórico en el que se encuentran el eje y la charnela de un pliegue. Plano que divide un pliegue en 2 partes iguales.

 LONGITUD DE ONDA. Distancia entre 2 charnelas consecutivas, ya sean de anticlinal-anticlinal, sinclinal-sinclinal o anticlinal-sinclinal o viceversa.



ALTURA. Distancia entre el eje del pliegue y la charnela.

 VERGENCIA. Inclinación del plano axial con respecto a la vertical.

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Si la superficie axial de un pliegue corresponde a un plano vertical tenemos un pliegue recto. Si la superficie axial esta inclinada es pliegue es inclinado; en este caso, los dos flancos del pliegue tienen necesariamente buzamientos diferentes; cuando en un flanco las capas rebasan la vertical se tiene un flanco inverso. Denominamos pliegue tumbado cuando una superficie axial esta poco inclinada y tiene un flanco inverso bien desarrollado.

3. CAUSAS DE LOS PLEGAMIENTOS Bajo la acción de las fuerzas algunos cuerpos se deforman, es decir, se modifican sus dimensiones. Algunos cuerpos se deforman muy poco; son los

12 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas que se parecen a lo que llamamos cuerpo rígido. Otros, se deforman más fácilmente, son los cuerpos deformables. Como consecuencia de la dinámica global de la corteza terrestre, frecuentemente las rocas se ven sometidas a esfuerzos tectónicos que las deforman, originando estructuras diferentes de las que poseían.

Hay que tener en cuenta que a mayor profundidad aumenta la presión y la temperatura, por lo que los materiales situados a mayor profundidad se comportarán más plásticamente. En geología además de la deformación plástica, deben considerarse la viscosidad de las rocas y los fenómenos de relajación y fluencia. La relajación se expresa como una caída de tensiones en el cuerpo, manteniéndose constante la deformación plástica, pues se trata de un reacomodo de las partículas del cuerpo desplazándose en el proceso de la deformación plástica hasta encontrar su equilibrio y desapareciendo las tensiones internas. La relajación lleva a una transformación paulatina de una deformación elástica a una residual plástica.  PLASTICIDAD Es cuando por acción de los esfuerzos las rocas obtienen una consistencia blanda. Del estado de elasticidad pasa al estado de plasticidad. Puede ser doblado, pero no recupera su forma normal. Será plástica cuando esta deformación se revele sin interrupción de la continuidad del material y se forme como el

13 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas resultado de la acción de fuerzas externas, o será frágil si las deformaciones conducen a la destrucción del cuerpo sin una deformación plástica notable. Una deformación plástica es irreversible, y el cuerpo puede seguir deformándose hasta su LÍMITE PLÁSTICO, tras el cual se rompe.

 VISCOSIDAD Característica de resistencia que ofrecen las rocas a la deformación, debido a la cohesión molecular de sus componentes. Las rocas de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; las rocas de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de roca o en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de la roca determina su viscosidad.  RIGIDEZ En la Tierra no hay rocas indeformables. La compresibilidad aumenta la rigidez, y la temperatura la debilita.

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 TENACIDAD

Capacidad para mantenerse sin romperse o doblarse. Es la resistencia que oponen a la separación de las moléculas que los integran, al ser sometidos a esfuerzos de tracción y a los ensayos de elasticidad y alargamiento.

4. FACTORES DE LOS PLEGAMIENTOS

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 LA PRESIÓN La presión se debe al peso que producen las masas rocosas que se superponen. Con la profundidad aumenta la presión y las rocas que en la superficie son rígidas, en la profundidad pueden comportarse plásticamente.

PRESIÓN CONFINANTE: Con la profundidad aumenta la presión confinante y las rocas, que en la superficie son rígidas, en la profundidad pueden comportarse plásticamente. Así aumenta el esfuerzo de ruptura y se facilita la deformación dúctil. A mayor presión confinante mayor es el campo de plasticidad de la roca.

 TEMPERATURA La temperatura también hace variar el comportamiento de las rocas frente a los esfuerzos, aunque el efecto es diferente en cada tipo de roca. A 2, 3, 6 mil metros bajo la superficie, las rocas se comportan como en la superficie. Solo a partir de los 15 kilómetros de profundidad fluyen como los líquidos.

16 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas A mayor temperatura mayor es el campo de plasticidad de la roca (hay excepciones como la arcilla). •

GRADIENTE TERMICO

A mayor gradiente térmico la roca se torna más dúctil y alcanza su punto de fusión más rápido que en gradiente térmico bajo.

Los límites entre los diferentes niveles estructurales se encontrarán a una profundidad menor, y su espesor será más débil. Gradiente geotérmico:

1 °C  30 – 33 metros de profundidad.

El orden de competencias varía según que se trate de deformación a T baja o media. Para baja T, sólo se han incluido rocas sedimentarias, mientras que para T media, la lista consiste en rocas metamórficas. A T alta, las diferencias de competencia son muy pequeñas. En orden de competencia decreciente, las listas son: TEMPERATURA BAJA Arenisca cuarcítica

TEMPERATURA MEDIA Gneises y granitos de grano

fino Grauvaca Caliza de grano grueso

Cuarcita Mármol

Influencia

de

la

temperatura y de la presencia de agua en la

deformación

cristales de cuarzo

de

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Deformación

 CONTENIDO DE FLUIDOS DE LA ROCA La arcilla seca es rígida pero mojada es plástica. Por analogía la humedad disminuye la rigidez de las rocas y aumenta su plasticidad. La presencia de fluidos como el incremento de la temperatura, aumenta el campo de deformación reduciendo la respuesta elástica y desplazando el límite de rotura a esfuerzos cada vez mayores. A mayor presión de fluidos menor es el campo de plasticidad (las arcillas es al contrario, cuando están húmedas son plásticas y secas son rígidas).

 TIEMPO Se asocia a éste factor la velocidad de deformación de las rocas; si la velocidad de deformación es alta y por lo tanto el tiempo breve, el material responde con rigidez, en el caso contrario responderá plásticamente. Aumenta, en general, la plasticidad de las rocas, pero no es posible reproducir el tiempo en los laboratorios dado que la escala es de millones de años (factor muy importante).

 INFLUENCIA DE LAS CARACTERÍSTICAS ANISÓTROPAS DE LA ROCA (Anisotropía es la variación de una propiedad según la dirección). En las rocas experimentan distintas deformaciones según sea la dirección de los esfuerzos respecto a planos de estratificación, esquistosidad, etc.

18 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas Los pliegues son deformaciones que en términos generales producen el acortamiento de la corteza terrestre, que en algunos casos llegan a varios cientos de kilómetros. Por lo general pueden ser originados por: 1° Esfuerzos de compresión horizontal 2° Acción de intrusiones 3° Por intrusión de sal 4° Compactación diferencial 5º Sobrepeso del material de cobertura

 ESFUERZOS DE COMPRESIÓN HORIZONTAL Son los esfuerzos que actúan más o menos tangenciales a la superficie terrestre, dando lugar a las deformaciones o arqueamientos que originan las montañas de tipo orogénico: Los Andes, Alpes, etc. Son sistemas de montañas formadas por plegamientos complicados de tipo compresional. Pueden ser el resultado de una combinación de presión o un par de fuerzas.

 ACCIÓN DE INTRUSIONES La ascensión del magma da lugar a la deformación de estratos tipo domos, alcoholitos, arqueamiento de las capas. Producen el alargamiento de las capas sin modificar sus extremos.

 COMPACTACIÓN DIFERENCIAL Es de tipo orogénico, por fuerzas de compresión. Es un proceso Epirogénico: Fuerzas de ascensión constantes a través de todos los tiempos: caso de Los Andes.

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 SOBREPESO DEL MATERIAL DE COBERTURA Se presenta en estratos blandos, que tienen una cobertura de material más pesado, originando una flexión hacia abajo.

 DURACIÓN DEL ESFUERZO Los materiales que se comportan elásticamente frente a un esfuerzo de una determinada intensidad, pueden deformarse plásticamente, o incluso fracturarse, si dicho esfuerzo actúa durante un periodo largo de tiempo. Experimentalmente se ha podido comprobar que las rocas se comportan más plásticamente bajo una presión de confinamiento elevada.

 LA PRESENCIA DE AGUA Aumenta la plasticidad de las rocas. Si la presión de fluidos es muy elevada, la roca se vuelve más frágil.

 CONTENIDO DE HUMEDAD Y GRADO DE SATURACIÓN El contenido de humedad expresa el peso del agua WW presente en la roca por el peso de las partículas sólidas. La mayoría de las rocas contienen porcentajes de humedad que oscilan entre valores inferiores al 1% y mayores al 35%.

El grado de saturación S indica el porcentaje de volumen de vacíos que están llenos de agua. Un valor S = 0%, quiere decir que la roca esta no saturada; en tanto que S = 100% corresponde a una roca saturada.

 LA EXISTENCIA DE PLANOS DE ESTRATIFICACIÓN O ESQUISTOCIDAD

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Hace variar el comportamiento de las rocas dependiendo de la dirección del esfuerzo en relación con estos planos.

 LOS TIPOS DE ROCAS Se comportan de manera diferente. Los materiales que ante esfuerzos crecientes se rompen, sin sufrir apenas deformación plástica, se dice que son frágiles o competentes; si sufren una deformación amplia antes de romperse, se dice que son dúctiles, plásticos o incompetentes.

5. MECANISMOS DE LA DEFORMACION Y PLEGAMIENTO Cuando las rocas son frágiles, la deformación se muestra por planos de rotura, es decir las Fallas; entonces tendremos un dominio sin pliegues pero con numerosas fracturas,

entonces el

mecanismo elemental

es el

Cizallamiento. Cuando las rocas adquieren cierta ductilidad pueden deformarse sin romperse, es decir sin fallarse, formándose los Pliegues. Estos pliegues pueden originarse de dos maneras muy diferentes.

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 PRIMERA ETAPA Cuando la ductilidad no es todavía muy importante, los estratos se pliegan de manera simple, manteniendo su espesor constante, presentando deformación importante en las charnelas y se forman Pliegues Isopacos. En este caso el mecanismo elemental es la Flexión.

 SEGUNDA ETAPA En un estado más evolucionado, las rocas se vuelven muy dúctiles y se deforman fácilmente, con mucha intensidad, provocando la transformación de elementos esféricos en elipsoides aplanados, adquiriendo una anisotropía de origen mecánico como la esquistosidad, tornándose pliegues Anisopacos. En este caso el mecanismo elemental es el Aplanamiento.

 POR FUSION Es un estado de mayor profundidad, donde las rocas están a una temperatura próxima o superior a su punto de fusión, entonces se comportan como líquidos más o menos viscosos y por consiguiente fluyen, resultando pliegues de los dos tipos anteriores. En este caso el mecanismo elemental es el Flujo.

1. Cizallamiento 2. Flexión 3. Aplanamiento 4. Flujo

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Obsérvese que el acortamiento varía según los mecanismos; es MAXIMO con el Aplanamiento y NULO con el Flujo

Esquema ilustrando los diferentes Mecanismos de la Deformación

6. NIVELES ESTRUCTURALES Son diferentes dominios de la corteza donde los mecanismos dominantes de la deformación permanecen similares. El

término

Nivel

indica

que

los

diferentes

dominios

están

generalmente superpuestos unos sobre otros. Las estructuras de compresión son muy variadas y se han formado en diversas condiciones, desde la superficie hasta algo más de 40 Kms.

de

profundidad, con presiones de 10 Kilobares y más de 1000° C. Para estudiar las deformaciones que aparecen en una cadena, es necesario subdividir este gran conjunto en una serie de dominios en los cuales las leyes de la deformación permanezcan análogas. Las rocas tienen primeramente un comportamiento frágil, después, si las condiciones de presión y de temperatura aumentan pasan a un comportamiento dúctil y finalmente, alcanzan su punto de fusión y se comportan como líquidos viscosos. Los mecanismos de Deformación dependen directamente de los diferentes comportamientos de las rocas. MECANISMOS DE DEFORMACION

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Esquema de los Dominios de los diferentes comportamientos de los cuerpos en función de la T°, P° y mecanismos elementales de las deformaciones correspondientes

 NIVEL

ESTRUCTURAL

SUPERIOR:

El

Mecanismo

dominante es el Cizallamiento. Dominio de Fallas.  NIVEL ESTRUCTURAL MEDIO: El Mecanismo dominante es la Flexión. Dominio del Plegamiento Isopacos.  NIVEL ESTRUCTURAL INFERIOR: El

Primer

Mecanismo

dominante es el Aplanamiento y Segundo el Flujo. Dominio de los Pliegues Anisopacos.

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Disposición de los límites de los diferentes niveles estructurales sobre un Diagrama Presión- Temperatura

7. TIPOS DE PLIEGUES Los pliegues se pueden clasificar atendiendo a varias características: Clasificando los pliegues por su génesis, se dividen en dos grupos:  Pliegues de primera generación: Son los pliegues originales de un orógeno, es decir los anticlinales y sinclinales.  Pliegues

de

sucesivas

generaciones: Son

plegamientos

de

los

propios pliegues, se los puede estudiar gracias al fenómeno de la foliación,

25 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas son los causantes de cambios en la relación forma-antigüedad de las capas en los pliegues.

7.1

ANTICLINALES

El anticlinal es una deformación en pliegue formado en rocas dispuestas en estratos que resulta de esfuerzos tectónicos de tipo diverso. En general, un pliegue anticlinal puede producirse por presiones tangenciales, por deslizamiento o corrimiento, por intrusión o eyección de materiales desde áreas más profundas, o por deformaciones verticales del sustrato. Salvo en estos dos últimos casos, el pliegue representa una reducción del área ocupada inicialmente por los estratos y suele requerir la existencia de un material plástico en la base de los estratos plegados. En el caso de las deformaciones verticales del sustrato a causa de movimiento de bloques, los esfuerzos en la cobertera son distensivos. Igualmente son distensivos en los pliegues formados por intrusión o eyección de materiales plásticos más profundos, los cuales acaban constituyendo el núcleo del pliegue. Un anticlinal se compone, en una sección transversal, de flancos y charnela. Los flancos están compuestos por los estratos que buzan en sentidos opuestos. Cuando el pliegue está formado por estratos de diferente competencia y plasticidad los flancos pueden presentar discordancias en el buzamiento por variaciones de la potencia de los estratos más plásticos que, presionados en los sinclinales y en las partes donde hay mayor compresión, tienden a acumularse hacia las zonas del flanco, donde la presión es menor. La charnela es el lugar donde se produce la curvatura del pliegue o, si se quiere, el lugar donde los flancos se encuentran. La charnela sufre tensiones distensivas como consecuencia de la curvatura, de manera que tiende a abrirse con fallas normales. Por esta causa la charnela es el punto más débil del pliegue, el lugar por donde, la erosión ataca el anticlinal que puede llegar a abrirse antes de concluir los esfuerzos tectónicos que lo configuran originando un relieve inverso, que nace ya invertido. Cuando el pliegue abriga un material plástico no estratificado de gran potencia, la charnela no se percibe en esa capa, se habla entonces de núcleo del pliegue.

26 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas El plano axial divide el pliegue longitudinalmente en dos mitades cortando la charnela por la clave. El plano axial, define el eje del pliegue, de manera que su encuentro con el plano horizontal tangente a la clave de la charnela representa el nivel de eje que habitualmente no se corresponde con el de culminación del pliegue. La línea que une los puntos más altos del pliegue se denomina línea de crestas. El nivel de eje o de culminación puede variar a lo largo del pliegue. Se habla entonces de elevación o descenso del nivel de eje. Cuando el descenso es corto y se encaja entre dos elevaciones se habla de ensilladura porque su perfil recuerda el de una silla de montar. En los extremos del pliegue el buzamiento de los estratos se dispone en forma de semicírculo, a modo de un cuarto de naranja, es la terminación o cierre periclinal (del griego peri> alrededor). Un anticlinal puede originar otro pliegue que nace de uno de sus flancos, se produce entonces una digitación. El radio del pliegue, su anchura, y también su longitud y altura son variables, así podemos encontrar desde repliegues cuya anchura apenas supera algunas decímetros y su altura algún centímetro (micropliegues), hasta pliegues de varias decenas de km de anchura y centenares de metros de altura teórica de la deformación. Igualmente podemos encontrar pliegues de algunos decímetros de longitud y pliegues de varias decenas de km. El radio de curvatura del anticlinal puede conservarse de modo que el pliegue conserva siempre la misma forma, se dice entonces que el pliegue es similar, aunque este tipo de pliegues es más teórico que real cuando se tienen en cuenta todas las dimensiones del anticlinal. Cuando los estratos del pliegue mantienen su potencia independientemente de su posición hablamos de pliegues isopacos, cuando no la conservan se habla de pliegues anisopacos, que es el caso más usual por las razones que más arriba se han comentado. Cuando no es posible diferenciar los estratos se habla de antiforma. Cuando una estructura dominantemente positiva tiene grandes dimensiones y acusados repliegues hablamos de un anticlinorio. Conviene no confundir estos términos con el anticlinal propiamente dicho. •

CLASIFICACIÓN

Según su disposición transversal, los anticlinales pueden ser:

27 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas 7.1.1. RECTO: Cuando el plano axial es vertical, formando entre el plano axial y la horizontal un ángulo recto.

7.1.2. INCLINADO: Cuando el plano no es perpendicular a la superficie terrestre, Los pliegues inclinados presentan flancos disimétricos en su buzamiento. La dirección hacia la que se vierte el pliegue se denomina vergencia.

7.1.3 TUMBADO O ACOSTADO: cuando el plano es paralelo al plano de la superficie terrestre y los flancos están horizontales o subhorizontales.

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7.1.4. VOLCADO: cuando el anticlinal adopta una posición contraria, de modo que se presenta como un sinclinal. Este pliegue, como el anterior, suele asociarse a fracturas.

7.1.5. EN

RODILLA:

cuando un flanco es horizontal y el otro

vertical, enlazando mediante una charnela que hace la forma de rodilla.

7.1.6. EN DOMO: cuando los estratos buzan en todas direcciones formando una media naranja, de forma que no es posible definir un eje longitudinal.

7.1.7. BRAQUIANTICLINAL: De forma ondulada o poco alargada.

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7.2

SINCLINALES

El sinclinal es la parte cóncava de un pliegue de la corteza terrestre debido a las fuerzas de compresión de un movimiento orogénico, cuyos estratos convergen hacia abajo, es decir en forma de cuenca. Los nombres de sus partes son similares a los del anticlinal: flancos y charnela o cuenca sinclinal. Y al igual que en el anticlinal podemos destacar: el plano axial, el eje y el buzamiento o inclinación de los estratos. Por su plano axial puede ser también: recto o simétrico, o inclinado - tumbado- o asimétrico. Y por su forma: en cuenca, pinzado, de V, de cubeta o braquisinclinal.

Al igual que el anticlinal, al que va unido, puede haber sido fallado, pinzado, tumbado, desplazado de su lugar de origen y erosionado. Un sinclinal puede estar conforme con la topografía del terreno, es decir más bajo que el o los anticlinales de los lados -en el Jura se le llama val- o, debido a la erosión, a más altura (relieve invertido o inverso), y entonces recibe el nombre de sinclinal colgado, lora o mambla y, cuando ha sido muy allanado, en algunos sitios hablan de páramo o paramera, aunque no convendría confundir, y en el uso geomorfológico se tiende a usar estos últimos términos para plataformas estructurales horizontales. Los estratos son más jóvenes cuanto más hacia el núcleo. El pliegue es cóncavo hacia arriba siempre que no se haya invertido su posición por causas tectónicas. •

CLASIFICACIÓN

7.2.1. POR SU FORMA:  Antiforme: El pliegue es convexo hacia arriba, todo pliegue antiforme de primera generación es un anticlinal.

30 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas  Sinforme: El pliegue es cóncavo hacia arriba o convexo hacia abajo, todo pliegue sinforme de primera generación es un sinclinal.

7.2.2. POR SU SIMETRÍA:  Simétricos, respecto del plano axial

 Asimétricos, respecto del plano axial.

7.2.3. POR LA INCLINACIÓN DEL PLANO AXIAL  Rectos: el plano axial se encuentra en posición vertical.  Inclinados: el plano axial se encuentra inclinado.

31 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas  Recumbentes: el plano axial se encuentra muy inclinado u horizontal. En

estos

casos

se puede

producir

una

inversión

estratigráfico.

7.2.4. POR EL ESPESOR DE SUS CAPAS

 Isópacos: sus capas tienen un espesor uniforme.

 Anisópacos: Sus capas no tienen un espesor uniforme.

del

registro

32 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas

7.2.5. POR EL ÁNGULO QUE FORMAN SUS FLANCOS  Isoclinales:

sus

flancos

son

paralelos.

Pliegues

isoclinales

se

puede encontrar en rocas metamórficas con dimensiones de centímetros.

 Apretados: los flancos forman un ángulo agudo.

 Suaves: los flancos forman un ángulo obtuso.

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7.2.6. POR LA ESTRUCTURA DE SUS CAPAS  Estriados: cuando las capas pierden potencia pero no se pierde la continuidad.

 Laminados: capas en los que se pierde la continuidad.

8. ASOCIACIÓN DE PLIEGUES Como es lógico suponer, los pliegues no son estructuras aisladas, sino que suelen darse en asociaciones o sea un anticlinal siempre viene acompañado de un sinclinal o viceversa compartiendo el mismo limbo es decir el flanco de

34 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas un anticlinal es también de un sinclinal es por eso los pliegues aparecen asociados formando plegamientos.  SERIES ISOCLINALES: Los planos axiales de los pliegues que intervienen en la asociación son paralelos.

 ANTICLINORIOS: Los planos axiales convergen hacia el centro de la Tierra, formando el conjunto una gran estructura anticlinal. Esta estructura es un anticlinal gigantesco que está compuesto de muchos pliegues menores, en una sucesión de anticlinales y sinclinales. Generalmente, estos anticlinorios tienen una magnitud que puede ir desde el tamaño de una montaña hasta una cadena de montañas, y su anchura es o puede ser de varios kilómetros.

 SINCLINORIOS: Los planos axiales convergen hacia el exterior de la Tierra. Un sinclinorio, es un sinclinal gigantesco compuesto por muchos

35 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas pliegues menores. Desde luego, este término no debe confundirse con geosinclinal.

9. PLIEGUES ASOCIADOS A FALLAS 9.1

RELACIÓN ENTRE FALLAS Y PLIEGUES:

Los pliegues y las fallas son estructuras que se encuentran estrechamente ligadas tanto espacialmente como en su génesis. Las relaciones entre estas estructuras pueden describirse de dos maneras principales: Las fallas son estructuras secundarias que se forman como respuesta al plegamiento, esto se debe cuando un conjunto de capas competentes se pliega por deformación longitudinal y tangencial, en arcos externos de los pliegues se origina un estiramiento que puede dar lugar a la formación de fallas normales, mientras que en los arcos internos se produce una compresión que puede originar fallas inversas. Esto debido a que las fuerzas siguieron actuando hasta superar el límite de plasticidad de las rocas componentes hasta romperse.

Ki-f

Fracturamiento en los arcos internos y externos producto del acortamiento y estiramiento originado por el plegamiento

Ki-

Ki-f

36 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas SECCION CON DATOS DE CAMPO: Dra. Lenka Baratoux (DESARROLLO DE LAS AGUAS TERMALES Y MINERALES EN EL PERÚ) Lima, 28-29 septiembre 2006

También se generan fallas en los planos de cizallamiento un plegamiento concéntrico

dentro de

donde se produce plegamientos paralelos

debido a que los esfuerzos elásticos en dicha capa plegada elásticamente son paralelos a su superficie: Tensión en el arco convexo y compresión en el arco cóncavo.

Los pliegues son el resultado directo del desplazamiento de los bloques a lo largo de la falla, éste tipo de estructura es llamada FAULT - RELATED FOLDS, es decir que estos pliegue son consecuencia directa de la evolución y progreso de las fallas.

9.2

CLASIFICACION DE LOS PLIEGUES RELACIONADOS CON

FALLAS

37 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas Esta clasificación

está basada en aspectos de carácter geométrico y

cinemática, y de hasta veces mecánico; estos se pueden clasificar en tres:

 PLIEGUES DE FLEXION DE FALLA (FAUL – BEN FOLDS): También llamados pliegues de rampa – relleno (ramp-flat folds) son aquellos que se forman como resultado del movimiento de un bloque de falla a lo largo de la superficie de falla no planar, lo cual causa la flexión del bloque de falla y por lo tanto la deformación del pliegue. Aunque por lo general se forman el bloque superior de la falla, pueden desarrollarse también en el bloque inferior o en ambos bloques. Este tipo de estructura se forma cuando una estructura se forma cuando la superficie de falla no es recta.

PLIEGUES DE FLEXION DE FALLA

 PLIEGUES

DE

PROPAGACION

DE

FALLA

(FAULT-

PROPAGATION FOLDS): Estos se forman contemporáneamente a la propagación de una falla en situación de rampa a través de una serie de estratos, de forma que el acortamiento da lugar a la formación de un pliegue en zona próxima a su terminación.

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 LOS

PLIEGUES

DESPAGADOS

(DETACHMENT

ODECOLLEMENT FOLDS) Estos pliegues a diferencia de los pliegues de flexión o de propagación de falla, no están asociados con una rampa en la falla, sino que se forman en relación con un cabalgamiento paralelo a las capas. Pueden generarse en la zona próxima a la terminación de un cabalgamiento o bien en cualquier otra zona a lo largo del cabalgamiento si se produce una disminución brusca en la cantidad de desplazamiento a lo largo del éste. Los pliegues despegados pueden estar limitados por un despegue inferior, por uno superior o por ambos. Estas estructuras se forman como un acomodo por problemas de espacio producto de un empuje de la falla o por la imbricación de la misma. Este acomodo puede ser por la propagación de la falla de desgarre o de separación y este reacomodo se manifiesta a través de anticlinales hacia arriba debido al escape del material en la misma dirección de formación de estos anticlinales.

PLIEGUES DESPEGADOS O DE ARRASTRE

ETAPAS DE UN PLIEGUE DESPEGADO O DE ARRASTRE

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Se tiene una superficie en donde se genera una zona despegada y otra zona no despegada. En la zona despegada permite el movimiento del bloque que esta fallado. Cuando el bloque fallado se mueve, existe una zona de solapamiento con el bloque no despegado que es imposible que ocurra físicamente. Esa zona de solapamiento es reemplazado por un anticlinal debido al escape del material hacia arriba y se genera un área en exceso y si el bloque despagado continua su movimiento, la zona de despegue se propaga e invade la zona extrema convirtiéndose así en una falla de propagación.

9.3

ESCAMAS TECTÓNICAS Y SU RELACION CON PLIEGUES

Las escamas tectónicas son el producto de la imbricación de fallas o de un solapamiento de pliegues de propagación de fallas como se muestra en la imagen inferior donde muestra la dinámica de este tipo de falla y el orden de formación de cada uno de esos pliegues. Las fallas asociadas a este tipo de sistema, pueden estar emergiendo, o por erosión afloran en superficie o sencillamente rompen hasta aflorar en superficie y cuando ocurre esto último, se origina la escama tectónica, la cual está limitada por dos corrimientos o cabalgaduras sub-paralelas que afloran en superficie. En la imagen 7 muestra la disposición de las escamas tectónicas en superficie terrestre.

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BLOQUE

DIAGRAMA

MUESTRA

UNA

QUE ESCAMA

TECTONICA EN SUPERFICIE

SISTEMAS

DE

IMBRICACION

DE PLIEGUES DE PROPAGACION DE FALLAS

10.

CASOS ESPECIALES DE PLIEGUES

10.1 PLIEGUES ARMONICOS Y DISARMONICOS Los pliegues armónicos son aquellos en los que todas las capas se pliegan de igual

manera

siendo

paralelas

entre

sí,

mientras

que

en

los

disarmónicos aparecen pequeños pliegues de arrastre en las capas más plásticas, puesto que están constituidos por capas más duras (o competentes) y más blandas (o incompetentes), presentando pliegues regulares en las capas duras, mientras que en las capas incompetentes se producen los despegues entre las diferentes capas duras.

Armónico

Disarmónico

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10.2 PLIEGUES CON INMERSIÓN El eje del pliegue no siempre es horizontal. El ángulo que forma este eje con un plano horizontal medido sobre un plano que lo contenga, se denomina inmersión.

En los cortes 3,4 y 5 están representados pliegues cilíndricos, es decir, pliegues cuyos ejes no tienen inmersión. No obstante, es habitual que los ejes de los pliegues presenten cierta inmersión; a estos pliegues se les denomina pliegues cónicos. Vistos en planta, estos son como un mapa geológico sin topografía, los pliegues cilíndricos aparecen con las trazas de las capas paralelas al eje del pliegue. En cambio,

los

pliegues

cónicos, aparecen con los cierres de los pliegues dibujando en la superficie la misma geometría, aproximadamente, que tiene el pliegue en profundidad.

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El valor de la inmersión de una línea varía entre 0º y 90º. El sentido de inmersión de una línea es el ángulo que forma con respecto al Norte, el plano vertical que contenga esa línea (0º-360º).

10.3 PLIEGUE MONOCLINAL Son pliegues con forma de escalón que se flexionan en un tramo para volver a adquirir la posición horizontal y cuyo buzamiento se mide a través del ángulo que forma el flanco del pliegue con la horizontal.

10.4 EN COFRE O ABANICO Cuando la charnela es plana y forma dos curvaturas para adaptarse a los flancos, de modo que el pliegue presenta dos planos.

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10.5 DIAPÍRICO

Cuando están formados por una intrusión de materiales muy plásticos, generalmente salinos. Los diapiros forman domos que frecuentemente se abren como consecuencia de los esfuerzos formando relieves invertidos. Por lo general, las intrusiones diapíricas deforman anticlinales en los que elevan el eje localmente para formar un domo.

Esquema simplificado de cómo se ha formado el diapiro de Pinoso. La halita y el yeso, junto a otros materiales, se depositaron en el Triásico. Posteriormente, sobre ellos se depositaron rocas

sedimentarias del

Jurásico, Cretácico y Terciario. A continuación, los materiales salinos

44 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas (menos densos) comenzaron a fluir lentamente (halocinesis) perforando los materiales suprayacentes, alcanzando la superficie y formando el cerro de la Sal de Pinoso. Se muestra un esquema más detallado de la estructura de “champiñón” que tiene este diapiro en profundidad.

10.6 ESPEJO DEL PLIEGUE La línea que junta todas las charnelas de los sinclinales (o anticlinales) se llama espejo del pliegue. El espejo marca entonces una tendencia más global del plegamiento. En la imagen se nota que el espejo marca una cierta inclinación hacia la derecha. Significa en el sector de la izquierda afloran los estratos generalmente más antiguos.

11. CÁLCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL PLEGAMIENTO

La profundidad del plegamiento puede calcularse bajo ciertas condiciones. En la fig. A, se supone que el rectángulo vertical dl se cambia por un rectángulo b (d + h) sin cambiar el área. Luego:

dl = b (d+h) Con algunas modificaciones, el mismo concepto puede extenderse a cadenas plegadas. Se supone que no hay alargamiento o acortamiento paralelo a los ejes de los pliegues y, además, que las rocas no cambian de volumen. El

45 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas término b es el ancho actual del área plegada; l, que es el ancho original antes del plegamiento se mide a lo largo de algún estrato conveniente del cordón plegado; h es el valor de la elevación debida al plegamiento.

El horizonte guía es horizontal en las áreas donde los estratos no están plegados.

Método para calcular la profundidad del plegamiento. b = ancho presente de la cadena plegada; h = levantamiento promedio debido al plegamiento; 1 = ancho original de la cadena plegada; d = profundidad del plegamiento. A. Cuadrado deformado en un rectángulo sin cambio de área. B. Estratos plegados (según R. T. Chamberlin). En la fig. B, la línea negra gruesa representa un solo estrato, que en el extremo izquierdo de la sección está horizontal y no ha sido afectado por el plegamiento. En el área plegada, ha sido levantado desde la posición de la línea cortada hasta la que indica la línea gruesa. El levantamiento promedio h puede determinarse de varias maneras. La más simple es medir el levantamiento real a intervalos establecidos por ejemplo a cada milímetro en la figura B y computar el promedio. Todos los factores de la ecuación dada, excepto d, son conocidos. Para facilitar el cálculo, la ecuación puede también escribirse así:

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La respuesta da la profundidad del plegamiento medida desde el horizonte guía, donde éste es horizontal. Al aplicar este método, se hacen varias suposiciones. Una de ellas es que hay una separación neta entre las rocas plegadas y las infrayacentes no afectadas; en otras palabras, se supone un despegamiento. Si los pliegues desaparecieran gradualmente hacia abajo, los cálculos serían incorrectos y la profundidad del plegamiento sería mayor que la que éstos indican. Además, el método supone que la base de los estratos no es deprimida por el plegamiento. Sin embargo, hay razones para creer que en muchas cadenas plegadas el basamento es plegado hacia abajo por compresión horizontal. Si esto fuera así, el sistema empleado para determinar h daría un valor demasiado bajo y la profundidad de la zona plegada sería mucho mayor que el valor computado. Bucher ha calculado la profundidad del plegamiento en los montes Jura. En este caso, el método es aplicable debido a que una columna relativamente delgada de rocas sedimentarias está separada del basamento cristalino por un despegamiento. La profundidad presupuesta es comparable a la deducida por los europeos mediante otros métodos.

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CONCLUSIONES

48 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas  Los pliegues no son estructuras aisladas sino que suelen darse en asociaciones múltiples formando el plegamiento, y en la naturaleza le podemos encontrar asociados a fallas.  Los pliegues son arrugas producidas en

las rocas mientras se

encuentran en su estado plástico; sus dimensiones van de centímetros a cientos de km.  Los pliegues se producen preferentemente en los bordes compresivos de las placas, es decir, en las zonas de subducción, y en general a importante profundidad.  Las causas principales del plegamiento son: la plasticidad, la rigidez, la tenacidad, así como los principales factores a los que se deben son: La presión, la temperatura, el tiempo, la anisotropía, la duración del esfuerzo y el tipo de roca.  Los principales mecanismos de la deformación y el plegamiento son el cizallamiento, la flexión, el aplanamiento y el flujo.  Con la ayuda del estudio de los niveles estructurales, podemos clasificar el tipo de pliegues que se dan de acuerdo al aumento de la profundidad y la presión.

49 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas

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