Corso di sezioni bilanciate Programma del Corso Riepilogo terminologico e cenni di thrust tectonics Modelli cinematici Definizione di sezione bilanciata Analisi dei dati di superficie Metodi di costruzione di sezioni geologiche Metodi di bilanciamento delle sezioni Retrodeformazione delle sezioni Modelli cinematici e geometrici quantitativi Costruzione di sezioni bilanciate

McQuarrie, 2004

Dahlstrom, Balanced cross sections. Canadian Journal of Earth Sciences Boyer and Elliott, Thrust system. AAPG Bulletin Suppe, Geometry and kinematics of fault-bend folding. American Journal of Sciences Medwedeff, Growth fault-bend folding at southeast Lost Hills, San Joaquin Valley, California. AAPG Bulletin Mitra, Fault-propagation folds: geometry kinematic evolution, and hydrocarbon traps. AAPG Bulletin Suppe and Medwedeff, Geometry and kinematics of fault- propagation folding. Eclogae Geologicae Helvetiae Poblet and McClay, Geometry and kinematics of single layer detachment folds. AAPG Bulletin

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Terminologia faglie: definizione geometrica dei settori di faglia Hangingwall Footwall Flat Ramp Flat Ramp Flat

Terminologia faglie: rapporti geometrici tra faglia, hangingwall e footwall La stratificazione nel blocco di tetto è parallela alla faglia (Hw flat) Ci sono 4 possibili configurazioni La stratificazione nel blocco di tetto non è parallela alla faglia (Hw ramp). Analogamente, nel blocco di letto si possono avere Fw flat e Fw ramp L’angolo tra stratificazione e faglia viene chiamato di cut-off Hf Ff Hf Hr Hf Fr Ff Hr Fr

Terminologia faglie: rapporti geometrici tra faglia, hangingwall e footwall Questo tipo di classificazioni sono indipendenti dalla cinematica della faglia Hangingwall ramp Footwall ramp Ramp

Hangingwall flat Footwall flat Footwall ramp Hangingwall ramp Terminologia faglie: esempi ramp flat ramp Hr HfHrHf

Terminologia faglie: relazioni tra geometria, rigetti e dimensioni

Terminologia faglie: esempio di hinterland dipping duplex Terminologia faglie: esempio di duplex estensionali

Terminologia faglie: esempio di hinterland dipping duplex

Terminologia faglie: esempio di foreland dipping duplex

La parte inferiore della successione si incunea al di sotto dei livelli più superficiali i quali vengono sollevati e si adattano passivamente alla forma dell’inviluppo di thrust sheets sottostanti Terminologia faglie: passive roof duplexing

La parte inferiore della successione si incunea al di sotto dei livelli più superficiali i quali vengono sollevati e si deformano per gravità scivolando verso l’avampaese. Anche in questo caso c’è un adattamento passivo alla forma dell’inviluppo sottostante Terminologia faglie: active roof duplexing

Scollamento basale SOLE THRUST Thrust cieco BLIND THRUST Scollamento sommitale ROOF THRUST Terminologia faglie: esempi

Passive roof thrust s.s. Passive roof thrust “ibrido” Foreland-verging duplex Leading imbricate fan Terminologia faglie: esempi

Terminologia faglie: cronologia Piggy-back thrusting: La sequenza di propagazione va dall’interno verso l’avampaese

Terminologia faglie: cronologia Break-back thrusting: La sequenza di propagazione va dall’avampaese verso l’interno

Terminologia faglie: cronologia Synchronous thrusting: Tutte le faglie si muovono contemporaneamente

Terminologia faglie: cronologia Out-of-sequence thrusting: La sequenza di propagazione non segue una sequenza costante

Terminologia faglie: branch lines

Terminologia faglie: triangle zone

Terminologia faglie: pop-up

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b) Fault-propagation folding La piega si sviluppa contemporaneamente alla propagazione della faglia. La faglia è caratterizzata dalla presenza di un lower décollement e di una rampa. c) Fault-bend folding La piega si sviluppa per adattamento passivo dell’ hangingwall dovuto alla traslazione al di sopra di una faglia non planare. La faglia è caratterizzata dalla presenza di un lower ed un upper décollement e di una rampa. a) Décollement folding La piega si sviluppa per migrazione “duttile” di materiale nel nucleo dell’anticlinale. La faglia è caratterizzata dalla presenza di un lower décollement

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Una sezione bilanciata è una sezione geologica profonda, cioè un modello geometrico semplificato della geologa in profondità, accompagnata da una sezione corrispondente allo stato indeformato

Come tutti i modelli (particolarmente quelli che simulano sistemi complessi come la geologia) è falso ma può essere utile e, più o meno, verosimile La costruzione di una sezione bilanciata si basa su poche regole/leggi che semplificano (spesso brutalmente) il comportamento naturale delle rocce. Queste regole/leggi possono essere assunte come valide solo in determinati contesti ed a determinate scale di osservazione.

Una sezione si dice bilanciata se è Geometricamente corretta Non devono esserci vuoti o sovrapposizioni, insensate variazioni di spessori, etc etc Cinematicamente e dinamicamente ammissibile La sequenza deformativa deve avere una congruenza cinematica e dinamica, deve poter essere retrodeformata ad uno stato iniziale (pre- deformativo) geologicamente plausibile

La congruenza della sequenza deformativa è stabilita partendo dall’assunzione che, durante la deformazione, il sistema geologico è chiuso, cioè la massa si conserva In un modello geometrico la regola di conservazione della massa è poco utile, si assume quindi un sistema a densità costante, che implica conservazione di volume Questa assunzione non è plausibile in ambiente metamorfico e non è plausibile a piccole scale di osservazione, dove agiscono processi non trascurabili di dissoluzione/trasporto/rideposizione Le regole delle sezioni bilanciate

Conservazione di volume Conservazione degli spessori In plane motion Conservazione delle lunghezze degli strati in sezioni orientate parallelamente alla direzione di trasporto tettonico, valido solo per pieghe cilindriche o per settori cilindici di pieghe Dahlstrom, 1969

S = l 0 - l

Buxtorf (1916)

Le informazioni che una determinata struttura può fornire sulla geometria/geologia del sottosuolo hanno una validità dipendente dalla dimensione della struttura stessa. Strutture di secondo ordine, come pieghe con dimensioni di 1- 10m, non forniscono molte informazioni utili sulla geometria di corpi con dimensioni superiori ai 100m che si trovano a profondità superiori ai m. Analogamente, strutture di primo ordine con dimensioni superiori ad 1Km non forniscono informazioni su strutture profonde con dimensioni tra 1 e 10m.

Esempio di dato geometrico di primo ordine che può essere utilizzato per estrapolare la geometria profonda

Esempio di dato geometrico di secondo ordine che non può essere utilizzato per estrapolare la geometria profonda

…e ancora, parlando di cinematica, le zone di faglia, che tipicamente hanno uno spessore superiore ai 100m, vengono approssimate con superfici di spessore infinitesimale. Questa approssimazione è accettabile (e neanche sempre) a scale superiori a 1:25’000 (1 mm = 25metri)

Per quanto detto finora, una sezione geologica bilanciata: È valida ad una scala di osservazione superiore ad 1:25’000 È intrinsecamente una semplificazione in cui le strutture di secondo ordine sono trascurate Si può costruire solo lungo alcune direzioni Non si può costruire se ci sono evidenze di movimenti “out of plane” Non è valida in ambiente metamorfico