Expresion topografica de estratos plegados (folded) GEOL 4017: Cap. 9 Prof. Lizzette Rodríguez

Introduccion Factores que controlan la expresion geomorfica de estratos sedimentarios plegados: Rapidez de deformacion de corteza Geometria tridimensional de estructuras rocosas Erosion diferencial de rocas envueltas en la estructura: resistencias diferentes Como la rapidez de meteorizacion y erosion es mas alta que la de plegamiento -- la mayoria de los terrenos desarrollados en estructuras plegadas se relacionan a erosion diferencial y no a su forma inicial (causada por deformacion)

Formas iniciales Si rapidez de erosion es < que rapidez de plegamiento, el plegamiento de las rocas en anticlinales (estratos mas antiguos en centro) y sinclinales (estratos mas jovenes en centro) inicialmente resulta en anticlinal ridges (alto topografico coincide con alto estructural) y valles sinclinales (topographic low coincide con el structural low) Se siguen llamando de esta forma mientras la cresta o valle topografico coincidan con el eje estructural del anticlinal o sinclinal

Formacion de pliegues, por fuerzas compresionales

Relacion entre anticlinales, sinclinales y fallas

Crestas anticlinales y valles sinclinales

Erosion diferencial Variaciones en meteorizacion y erosion de rocas sedimentarias causa que se reduzcan o eliminen las rocas debiles, dejando las resistentes mas altas topograficamente Ej. areniscas forman crestas, lutitas forman valles Efectos del clima en rocas como calizas Rocas facilmente erosionadas quedan en valles, donde llevan el drenaje. Rocas resistentes forman divisorias entre drenajes.

Expresion geomorfica de rocas homogeneas o horizontales (flat-lying) Terrenos donde se forman patrones dendriticos de drenaje, por la falta de guia (guidance) estructural (estructuras no guian la erosion de corrientes de forma efectiva): Estratos horizontales Superficies de rocas homogeneas Estratos gruesos y masivos de arenizcas (no diaclasados ni fallados) Plutones grandes (no diaclasados ni fallados) Cuerpos masivos de lava o material piroclastico Rocas metamorficas cristalinas de estructura compleja

Cont. Exp. geomorf. de rocas homogeneas o horizontales Topografia es uniforme, i.e. pendientes que conectan divisorias tienen canales suaves, continuos y no rotos (unbroken) Muchas secuencias de estratos horizontales pasan por diseccion dendritica, en la cual las pendientes son como escaleras de acantilados y terrazas – erosion diferencial causa una topografia cliff-and-bench (tipos de roca distintos)

http://myweb.cwpost.liu.edu/vdivener/notes/structure_landforms.htm

Cliff-and-bench topography - Gran Cañon: capas resistentes de arenizca y calizas vs. capas debiles de lutitas (pendientes suaves entre acantilados)

Cont. Exp. geomorf. de rocas homogeneas o horizontales Pueden haber diferencias en resistencia en rocas de la misma composicion – por diferencias en diaclasamiento (jointing) Areas humedas: solo sobreviven las capas mas resistentes; la meteorizacion, reptacion (creep) y vegetacion afectan y causan que casi no se noten los rasgos de escalera

Cont. Exp. geomorf. de rocas homogeneas o horizontales Condiciones aridas: socavacion basal (basal sapping) – erosion a lo largo de la base de un acantilado, eliminando las capas debiles de manera que las rocas resistentes caen en bloques grandes Socavacion de acantilados por rillwash, sheetwash o erosion de formaciones debiles puede causar retroceso (retreat) de los acantilados, dejando largas terrazas (benches) al pie de acantilados (terrazas estructuralmente controladas) Gran Cañon – terrazas se llaman esplanades

Socavacion basal (basal sapping)

Formaciones de roca en el Esplanade, Gran Cañon http://www.kaibab.org/tr952/gc952095.htm

Cont. Exp. geomorf. de rocas homogeneas o horizontales Mesas: rocas apartadas (outliers despegados) que son separadas de la linea principal de acantilados. Se forman donde el escarpe no es lineal uniformemente, sino crenulado (pliegues pequenos) con buttresses y recesses creados por muchas corrientes de erosion remontante (headward erosion) Butte: formada cuando la socavacion continua de la roca de cubierta (caprock) de una mesa causa que se colapse hasta que solo queda un area restringida de su tope

Horseshoe Mesa en Grandview Point, Gran Cañon http://www.kaibab.org/tr952/gc952095.htm

Buttes y mesas, Arizona

Mesas – Monument Canyon, CO

Expresion geomorfica de estratos inclinados (tilted) El strike (direccion) y dip (buzamiento) de la secuencia provee la direccion del drenaje a medida que estratos de alta y baja resistencia son expuestas en franjas paralelas La excavacion selectiva remontante (headward) de los valles a lo largo del strike de los estratos menos resistentes deja las capas resistentes como relieve, causando una topografia de crestas y valles paralelos

Strike y dip de estrato rocoso Interseccion de estrato inclinado con un plano horizontal

Cont. Expresion geomorfica de estratos inclinados (tilted) Corrientes iniciales seran consecuentes – siguen el dip de los estratos inclinados Canales cortan estratos debiles (ej. lutitas) hacia abajo verticalmente, hasta llegar a una capa resistente (ej. arenizca). Esto causa que el canal tenga que cambiar lateralmente de posicion a capas menos resistentes. Homoclinal shifting – proceso en que la roca resistente desvian corrientes lateralmente. Las rocas erosionables quedan en los pisos de valles homoclinales y las resistentes quedan como alto relieve y sin corrientes

Cont. Expresion geomorfica de estratos inclinados (tilted) Proceso continua con el excarvado de corrientes subsecuentes en capas mas debiles en valles Crestas homoclinales son asimetricas, con una superficie de escarpe (scarp face) empinada y con una pendiente de inclinacion (dip slope) mas suave Cuestas: la inclinacion de estratos es suave Hogbacks: inclinacion de estratos es mas empinada (>30o-40o) Con el tiempo las crestas homoclinales se haran menos asimetricas con el aumento en inclinacion

Cuestas http://www.geology.wisc.edu/~eric/teaching/202-04/202-04_landforms.htm

Hogbacks, Utah http://www.airphotona.com/Stock/Images.asp?catnum=9000&catname=Geology

Cont. Expresion geomorfica de estratos inclinados (tilted) Superficies de escarpe son mas empinadas que dip slopes y se erosionan mas: las divisorias se mueven (shift) en la direccion del dip Dip del estrato (q) en una cresta homoclinal se puede calcular: tan q = (v/h), v=distancia vertical, h=distancia horizontal Cuando rios cortan crestas homoclinales, se forman ranuras en forma de V (V-shaped notches) en los estratos resistentes. Punta de V va en direccion del dip 2 V-shaped notches cerca: se forma un flatiron (remanente en forma triangular de la capa entre estos)

Flatirons, Boulder, CO http://www.philarmitage.net/boulder/

Expresion geomorfica de pliegues Formas iniciales de los anticlinales se rompen cuando la erosion continua: las capas mas debiles en una cresta anticlinal se pueden erosionar causando una inversion topografica y la formacion de un valle anticlinal, con crestas y valles homoclinales a los lados Proceso ocurre de forma similar en un sinclinal Escarpes de crestas homoclinales a los lados de anticlinales estan una hacia la otra a traves del plano axial del pliegue. En las de sinclinales, los escarpes estan hacia afuera. Si los ejes de los pliegues son horizontales, se forman crestas y valles paralelos

Cont. Expresion geom. de pliegues Si los ejes de los pliegues no son horizontales, crestas y valles forman patron de zig-zag (plunging): El eje del pliegue penetra en el terreno La traza del pliegue de un anticlinal apunta en la direccion de su inmersion/plunging (crestas homoclinales convergen en la direccion de plunge). En sinclinales apuntan en direccion contraria (crestas homoclinales divergen en la direccion de plunge)

(A) Eje del pliegue es horizontal, (B) eje del pliegue tiene inmersion (plunging)

Pliegues con inmersion/plunging Superficie horizontal Pliegues con inmersion/plunging

Plunging anticline, Sheep Mtn.

Cont. Expresion geom. de pliegues Para determinar si es un plunging anticline o syncline: Ir al apice (apex) del patron, donde el dip de los estratos es igual al angulo de plunge de la estructura Gently plunging anticlines have long, tapering noses, and plunging synclines have short, blunt noses Otro metodo para establecer estructuras geologicas es la proyeccion de dip conocido a lo largo del strike de una parte de un area plegada compleja para permitir la determinacion de los dips de una serie de pliegues completa (estratos que forman las crestas lineales)

Cont. Expresion geom. de pliegues Grandes elevaciones de las rocas del basamento pueden deformar la cubierta de estratos sedimentarios superiores y generar grandes pliegues Domos – cuando se produce una estructura circular o alargada, ya sea por curvatura (warping) tectonica o por intrusion ignea de debajo. El drenaje de estos primero es radial. Erosion de los domos deja un patron eliptico o circular de crestas (ridges) – rocas mas viejas en el centro. Diferente a domos intrusivos, en los cuales la intrusion es mas joven que las capas sedimentarias de encima. Cubetas (cuencas estructurales)– estructuras descendentes con forma similar a la de domos. Drenaje centripetal, hacia el centro.

Domos y cubetas

Estructura domica en Black Hills, SD

Cuenca de Michigan

Cont. Expresion geom. de pliegues Monoclinal: Grandes pliegues en forma de escalon situados en estratos sedimentarios por lo demas horizontales. Parecen resultar de la reactivacion de zonas de fallas en las rocas del basamento por debajo del caprock – a medida que los bloques de roca del basamento ascendian a lo largo de antiguas fallas, los estratos sedimentarios ductiles se plegaban

Ejemplo de monoclinal

Discontinuidades estratigraficas (unconformities) Representan un largo periodo durante el cual se interrumpio la sedimentacion, la erosion elimino las rocas previamente formadas y luego continuo el deposito Se notan primeramente por discordancias entre cuerpos de roca superimpuestos: ej. discordancia angular (angular unconformity) Erosion diferencial de las rocas muestra diferencias en drenaje y estructura del bedrock a traves de la discontinuidad

Cont. Discontinuidades estratigraficas Distinguir entre falla y discordancia angular: buscar evidencia de erosion en estratos plegados. Si las estructuras rocosas en la parte de arriba (cover mass) son paralelas al contacto, las rocas de arriba (cover rocks) pueden ser la placa superior de una falla de angulo bajo o las rocas suprayacentes de una discontinuidad. Inconformidades (nonconformities) se detectan por el contraste erosional entre rocas cristalinas (igneas y metamorficas) debajo y las capas de rocas encima.

Ej. Discontinuidades estratigraficas en el Gran Cañon Paraconformidades Discordancia angular Inconformidad

Relacion entre rios y estructuras geologicas Corrientes pueden cortar a traves de anticlinales y sinclinales – origen antecedente o superimpuesto Corrientes antecedentes: sus cursos fueron establecidos antes del crecimiento de estructuras Corrientes superpuestas: adquieren su curso inicialmente a traves de estructuras geologicas sobre un cover mass que inicialmente cubre las estructuras. Las corrientes siguen cortando hasta llegar a las estructuras debajo del cover mass (anticlinales, sinclinales, bloques de fallas, etc. bajo la discontinuidad)