Diashow – Foliation

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Duktile Deformation
Was ist duktile Deformation? Generell wird versucht nichtgenetische Beschreibungen
zu verwenden; duktile Deformation beschreibt permanente, kohärente, solid-state
Deformation, in der kein Verlust der Kohäsion im Maßstab der Kristallkörner und
größer auftritt und in der keine Evidenz für Sprödbruch erkennbar ist (Deformation
der Xenolite in der Maggia Decke und verschiedene Duktilität der Gerölle in den
Radstädter Tauern) (Beachte! – diese Definition schließt kataklasisches Fliessen aus,
welches viele zur duktilen Deformation rechnen, aber welche charakteristisch für den
spröd-duktilen Übergang ist. Diese Definition schließt auch die SoftsedimentDeformation aus, da sie keine kohärente Deformation im Korn-Maßstab ist).
Viele Autoren setzen duktile Deformation mit plastischer oder kristallplastischer
Deformation gleich. Diese Bezeichnungen implizieren aber einen Mechanismus, der
in einem gegebenen Fall unpassend sein kann. Zum Beispiel ist es nicht klar, dass
diese Bezeichnung Drucklösungsphänomene korrekt beschreibt. Der Ausdruck
plastisch impliziert einen speziellen Typus des rheologischen Verhaltens.
Generelle Übereinstimmung herrscht insofern, dass duktile Deformation verstanden
wird als ein Prozess bei der die Verformungsrate vom Stress abhängt, dass dieser
Prozess thermisch aktiviert wird, und dass dieser Prozess bei Temperaturen abläuft,
die ungefähr gleich oder größer der halben Schmelztemperatur des Materials
entsprechen, und das die Rheologie der duktile Deformation nur sehr untergeordnet
vom Umschließungsdruck abhängt.
 Q
 s  c   n versus s  A n exp 
 RT 
(c - Kohäsion, Widerstand gegen den Scherbruch auf der Fläche auf der der Normalstress = 0 ist;  - Koeffizient der inneren Reibung; Stressexponent: n = 1 bis 5)
Wichtig ist zu verstehen, dass die Deformation im festen Zustand abläuft.
Kann erkannt werden durch:
1. Die charakteristischen Strukturen, die im Gestein erhalten sind.
2. Die Rheologie der Deformation - das heißt die Art der Beziehung zwischen Stress,
Strainrate, Druck und Temperatur.
3. Durch die mikroskopischen Mechanismen, die ablaufen um die Deformation zu
produzieren.
11: Falten
Die Beschreibung von Falten
Größenordnung von Falten (siehe Profil der Alpen von Schmid et al. - Dias von
unterschiedlichen Falten). Generell werden Faltengürtel von den Decollements
unterlagert. Falten werden üblicherweise untersucht um ihre Geometrie zu verstehen.
Ihre Gestalt, Orientierung und Ausdehnung kann von kritischer Bedeutung in der
ökonomischen Geologie sein. Häufig sind Öl- und Gasvorkommen an Faltenstrukturen gebunden.
Geometrische Beschreibung von Falten von Einzellagen
Figuren Twiss 11.3; 11.4 – read caps; 11.5: Faltenzug, eine Serie von Falten;
Faltensystem, Falten von regionaler Ausdehnung, die charakterisiert sind durch
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vergleichbare Geometrie und wahrscheinlich durch eine gemeinsame Entstehung.
Profile von Falten werden senkrecht auf die Scheitellinie (nicht die Faltenachse)
gezeichnet. Scheitellinie: Linie maximaler Krümmung einer Falte. Scheitel und
Schenkel werden in Bezug zu einem Kreis definiert, der die Tangente an den zwei
Umbiegungspunkten der beiden Seiten der Falte darstellt: der Scheitel (hinge) hat eine
stärkere Krümmung als der Kreis; die Schenkel (limbs) haben geringere Krümmung!
(Fig. Twiss 11.4 - read caps)
Faltenformen: Figuren Twiss 11.6; Faltenachse wird definiert als eine Linie von
konstanter Orientierung, die man um die Falte führt; sie ist also gleich einer Scheitellinie in zylindrischen Falten (Ausnahme konische Falte).
Geometrie von Falten mit multiplen Lagen
Figuren Twiss 11.8; 11.9; 11.10; Eine einzelne Viellagenfalten wird begrenzt durch
zwei Umbiegungsflächen. Unterscheidung zwischen Antiklinalen und Antiformen,
Unterscheidung zwischen Synklinalen und Synformen.
Maßstab und Lage von Falten
Figuren Twiss 11.11; 11.12; 11.13 Definition von Amplitude und Wellenlänge einer
Falte. Wenn eine Falte auf beiden Enden abtaucht, nennt man die Falte beiderseits
abtauchend. Wenn die Länge des Scheitels vergleichbar zu der halben Wellenlänge
der Falte wird, nennt man die Falten eine Dom oder ein Becken (Figur 10.29b, Price
and Cosgroves).
Elemente des Stils vom Falten
Der Stil einer Falte ist eine Gruppe von Charakteristika, die die Form der Falte
beschreiben. Zwei wichtige Winkel werden definiert (Figur Twiss 11.14): 1. Der
Faltenwinkel  ist der Winkel zwischen den Normalen zu den gefalteten Flächen, die
an den zwei Umbiegungspunkten der Falte konstruiert wurden. Der Zwischenschenkelwinkel (interlimb angle)  ist der Winkel zwischen den Tangenten zu den
zwei Schenkel der Falten, konstruiert an den Umbiegungspunkten.
Beziehung:  = 180 - 
Der Grad der Asymmetrie einer Falte wird bestimmt durch den Neigungswinkel 
zwischen der Winkelhalbierenden des Faltenwinkels oder des Zwischenscheitelwinkels und der Medianfläche. Beachte den Unterschied zwischen dem Neigungswinkel der Achsenebene (verbindet Punkte maximaler Krümmung) und dem Neigungswinkel den die Winkelhalbierende des Zwischenscheitelwinkels aufspannt.
Die Vergenz ist die Richtung der Neigung der Achsenfläche einer asymmetrischen
Falte.
Stil wird beschrieben durch das Formverhältnis (aspect ratio), P, = das Verhältnis der
Amplitude A, gemessen entlang der Achsenfläche, zur Distanz M, zwischen den
beiden Umbiegungspunkten (Figur Twiss 11.15, Tabelle 11.2); die Enge (tightness)
wird durch den folding angle, , oder durch den interlimb angle, , gegeben (Figur
Twiss 11.15 und Tabelle 11.3); die Stumpfheit (bluntness) misst die Biegung der
Falte am Faltenschluss (Figur Twiss 11.16, Tabelle 11.4),
for rc  r0
 rc / r0
b
2  r0 / rc for rc  r0
b=0, keine Faltenscheitel, b=1 perfekt kreisförmige Falten, b=2 beschreibt Falten mit
zwei Scheiteln und einer flachen (ebenen) Faltenschluss (rc=).
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Ramsay’s Klassifikation: Der Stil einer gefalteten Lage wird bestimmt durch den
Vergleich des Faltenstils der zwei Seiten der Lage. Der Vergleich wird durchgeführt,
indem man drei geometrische Parameter definiert, die sich auf ein Paar von parallelen
Linien beziehen, die Tangenten zur inneren und äußeren Lage des Faltenprofils sind
(Figur Twiss 11.18). Die Neigung der Faltenseite ist am Punkt der Tangente durch den
Winkel  gegeben. Es ist der Winkel zwischen der Tangente und der Normalen auf
die Achsenebene. Die drei geometrischen Parameter sind: 1) Die “dip isogon”
(Isogone = Linie gleichen Einfallens), die eine Linie ist, die zwei Punkte gleichen
Einfallens auf den entgegengesetzten Seiten der Falten verbindet; 2) Die orthogonale
Dicke t, die die senkrechte Distanz zwischen den beiden parallelen Tangenten
beschreibt; 3) Die Dicke entlang der Spur der Achsenebene T, die die Distanz
zwischen den zwei Tangenten, gemessen entlang der Achsenebenenspur ist. Es gilt:
t  T cos  .
Der Stile einer Falte wird definiert, indem man die Variation dieser Parameter vom
Scheitel zu den Schenkeln untersucht (= mit Änderung von ).
1. Die relative Biegung der beiden Seiten wird dargestellt, indem man ein Set von
dip-Isogonen in regelmäßigen Abständen vom Scheitel zu den Schenkeln
konstruiert; jede dieser dip-Isogonen verbindet Punkte gleichen Einfallens  auf
der Innen- und Außenseite der Falte (Figur Twiss 11.19). Falls die Isogonen zu der
Innenseite hin konvergieren, dann ist die Biegung der Innenseite stärker als der der
Außenseite (und umgekehrt..); dies ergibt Falten der class 1. Isogonen, die parallel
der Achsenebene sind class 2 Falten, sie werden auch similar folds genannt, da die
zwei Faltenseiten identische Form haben (siehe Übungen - simple shear folds).
Wenn die Isogonen gegen die Außenseite divergieren, dann hat man class 3 folds.
2. Die Variation der orthogonalen Dicke vom Scheitel zu den Schenkeln ergibt eine
Unterteilung der class 1 folds (Figuren Twiss 11.19 - markiere die Variation von
t in Figur 11.19; 11.20A).
3. Vom Scheitel zu den Schenkeln (d.h. mit zunehmendem ) nimmt die Dicke
entlang der Spur der Achsenebene T für class 1 Falten zu, ist constant für class 2
Falten und nimmt für class 3 Falten ab (Figur Twiss 11.20B).
Stil von Multilagenfalten
Stil wird definiert in Bezug auf die Harmonie der Faltung und der Achsenebenengeometrie.
1. Harmonie. Im Profil müssen alle Multilagenfalten in beide Richtungen entlang der
Achsenebene aussterben, wenn die gefaltete Sequenz eine freie Fläche, so z.B. die
Erdoberfläche enthält. Die Harmonie ist ein maßstabsunabhängiges Maß der Rate,
mit der die Falte entlang der Achsenebene ausstirbt und wird als das Verhältnis
zwischen D und der halben Wellenlänge, /2 definiert: H = 2D/. Es werden die
Tiefe der Faltung, D, die Distanz entlang der Achsenebene, entlang der die
Faltung auftritt definiert (Figur Twiss 11.21).
Eine harmonische Falte ist kontinuierlich entlang der Achsenebene über
mehrere Vielfache von /2 (Figur Twiss 11.21A). Eine disharmonische Falte stirbt
über einig wenig /2 aus (Figur Twiss 11.21B).
2. Achsenebengeometrie. Die meisten Achsenebenen sind planar oder nur leicht
gebogen. Convolute (=gebogen) Falten haben eine gebogene Achsenebene;
generell entstehen sie durch Wiederfaltung von Falten erster Generation.
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Faltenordung - Faltengeneration
Figur Twiss 11.24; Die Asymmetrie der Falten der zweiten und dritten Generation
wird dazu verwendet das Vorhandensein von Falten niedriger Ordnung herauszufinden.
Häufige Stile und Faltenassoziationen
Parallelfalten: class 1B, aber auch für Falten von 1A und 1C, die sehr nahe an 1B
kommen. Treten häufig in fold-thrust belts nahe dem Vorland auf (unmetamorph,
gutes Lagengefüge); sie sind generell aufrecht. In einer Tiefe, die der ihrer dominanten
Wellenlänge entspricht, sterben die Parallelfalten in einer sole thrust (decollement)
aus, was durch die Geometrie von class1B gefordert wird (siehe oben - Fig. Twiss
11.23).
Similar Falten: (class 2) typisch für die metamorphen Kerne von Orogenen. Haben
starke Variation in der Lage, sehr häufig überkippt bis liegend, trotzdem häufig
zylindrische Geometrie, hohe aspect ratios, häufig eckig. Falten dieses Stils bilden
häufig Faltendecken; oft wird der invertierte Faltenschenkel durchgeschert und es
entstehen Decken. Similar Falten treten auch in Salz und Gletschern auf.
Spezielle Faltenstile: Chevron (= Winkel) und Knickfalten sind zylindrische harmonische Multilagenfalten, die eckige Scheitel haben. Chevron Falten (Fig. Twiss
11.25A,C) sind symmetrisch, Knickfalten (Fig. Twiss 11.25B) asymmetrisch. Beide
entstehen in Gesteinen mit einer sehr starken planaren mechanischen Anisotropie,
z.B. Phyllite und Glimmerschiefer, aber auch in sehr gut gebankten Sedimenten.
Ptygmatische Falten sind disharmonische Falten, die in individuellen Lagen entstehen;
typisch für sehr große Kompetenzkontraste (dikes, veins in metamorphen Gesteinen).
Dia-Quizz: Erkennung von Falten und Klassifikation
12: Kinematische Modelle von Falten
Flexurartige Faltung einer Lage
Charakteristika: orthogonale Dicke der gefalteten Lage bleibt gleich,- ergibt class 1B
Falten. Flexurfalten (flexural folds) werden durch bending (Biegung) und buckling
(Krümmen) geformt, die sich durch die Art wie die Kräfte an die Lage angelegt
werden unterscheiden.
a) Bending folds: resultieren durch das Anlegen von Kräftepaaren, die gleiche, aber
entgegengesetzte Zugspannungen erzeugen (Fig. Twiss 12.3 - lever = Hebel).
Beispiel: Biegung von Schichten über einer magmatischen Intrusion (= vertikale Kraft
wirkt von unten auf Lagen und hebt sie heraus).
b) Buckling folds: Anwendung von kompressiven Stress parallel zu der Lage (Fig.
Twiss 12.5).
Eine Lage reagiert auf Bending oder Buckling entweder durch:
1) Orthogonale Flexur (Fig. Twiss 12.6): Bei diesem kinematischen Prozess bleiben
alle Linien, die vor der Faltung senkrecht zur Lage waren auch nach der Faltung
senkrecht zur Lage. Die Außenseite der Falte wird gedehnt, die Innenseite wird
verkürzt, dazwischen gibt es eine neutrale Lage.. Die orthogonale Dicke der Lage
bleibt gleich. Tritt generell in kompetenten Lagen auf, die kaum duktile
Deformation zulassen.
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2) Flexural shear = flexural flow (Flexurfließen): Die Faltung wird akkommodiert
durch simple shear parallel (Erklärung!) der Lage und es gibt keine Verkürzung
oder Längung der Lage. Dieser Prozess ist zu analog zu Biegung eines Kartenstapels (Fig. Twiss 12.7). Der Schersinn entlang den Schenkeln ändert sich um die
Faltenachsenebene und die Größe des Scherstrains nimmt zum Scheitel hin ab.
Tritt in inkompetenten Lagen auf, die intern duktil deformieren oder in gut
geschichteten Lagen.
Passive Scherfaltung einer Lage
Passive Scherfaltung = passive shear folding = passive flow folding = flow folding:
Hier ist die Lage extrem inkompetent und wirkt nicht auf den Faltungsprozess, sie
verhält sich als ein Marker, der die Deformation aufzeichnet. Die Deformation
geschieht durch inhomogenen simple shear entlang Scherflächen, die die Lage schräg
queren; der Betrag der Scherung änderst sich systematisch entlang den Scherflächen
(Fig. Twiss 12.8). Resultiert in class 2 Falten. Die beiden Begrenzungsflächen der
Lage haben exakt dieselbe Form. Die Scherflächen sind parallel der Achsenebene. Die
Falten sind zylindrisch. Typische similar folds treten in hochgradigen metamorphen
Gesteinen und Salzdomen auf.
Faltung durch Volumsverlust
Volumsverlustfaltung ist ein Mechanismus, bei der eine Falte durch graduellen
Materialverlust von einem bestimmten Bereich einer Falte entsteht oder die
Faltenform akzentuiert wird. Faltenklassen 1B, 1C oder 2 sind möglich. Der
Volumsverlust entlang von diskreten Zonen kann zum Versatz von Schichten führen,
ohne dass irgendeine Scherung stattgefunden hat (alles Fig. Twiss 12.10, Beispiel Fig.
Twiss 12.11).
Homogenes Flattening von Falten in einer Lage
Similar folds können z.B. nicht senkrecht zu den Scherebenen verkürzt werden, auch
buckling und bending Falten bleiben aus mechanischen Gründen bei offener oder
enger Gestalt stecken. Weitere Verkürzung und Verengung wird durch homogenes
flattening erzeugt. Homogenes Flattening kann aber an und für sich keine Falte
erzeugen (Fig. Twiss 12.12, 12.13, 12.14)!
Flexurscherfaltung und passive Scherfaltung in Multilagenfaltung
Komplexität entsteht durch den Kompetenzkontrast zwischen den einzelnen Lagen.
Faltenmechanismen sind im wesentlichen eine Funktion der mittleren Kompetenz des
gesamten Multilagenpakets und des Kompetenzkontrastes zwischen den Lagen (Fig.
Twiss 12.15).
Flexurgleitfaltung (Fig. Twiss 12.16): alle Lagen haben ungefähr die gleiche hohe
Kompetenz (hohe mittlere Kompetenz) und die Reibung zwischen den Lagen ist
gering. Wenn jede der Lagen durch orthogonale Flexur gefaltet wird (Streckung der
Außenseite, Verkürzung der Innenseite), muss Gleitung im Lagengefüge auftreten
(Fig. Twiss 12.16). Der Unterschied zur Flexurscherfaltung ist, dass in letztere die
Gleitung uniform über jede einzelne Lage verteilt ist und bei der Flexurgleitfalte
(flexural slip Faltung), die Scherung im Lagenbau stattfindet. Resultiert in class 1B.
Slickenlines sind ~ normal zur Faltenachse (Störungsflächenanalyse!).
Flexurscherfalten: bei bescheidener mittlerer Kompetenz und keinem Kompetenzkontrast zwischen den Lagen. Einfach  Extension des Einlagenfalles.
Kombination Flexurgleiten und inhomogenes Flattening: in Bereichen mit bescheidener mittlerer Kompetenz und sehr hohem Kompetenzkontrast zwischen den Lagen
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(Fig. Twiss 12.17, read caps). Resultiert in Multilagen class 1C in den kompetenten
Lagen und class 3 in den inkompetenten Lagen.
Passive Scherfaltung: niedrige mittlere Kompetenz, niedriger Kompetenzkontrast.
Knick- und Chevronfalten
Sind Falten mit geraden Schenkeln und eng begrenzten Scheiteln; wenn sie symmetrisch sind, dann sind es chevron (= Winkel) Falten, wenn sie asymmetrisch sind, sind
es Knickfalten (kink folds). Voraussetzung der Bildung: extrem gutes Lagengefüge.
Knickfalten: sind Falten die als Paar auftreten und einen kurzen und einen langen
Schenkel haben. Das Knickband (kink band) nennt man den kurzen Schenkel
zwischen den beiden Achsenebenen, die auch kink-band boundaries heißen (Fig.
Twiss 12.19).
Bildungsmodelle, die alle eine Scherkomponente entlang dem Lagenbau enthalten,
gibt es:
1) Rotationsmodell – Rotations der kinkband Boundaries. Kinkband nukliiert und
wächst (Fig. Twiss 12.20).
2) Modellgruppe – Migrationsmodell: Knickfalte entwickelt sich durch Migration der
Knickbänder in das undeformierte Material; die Wanderung wird begleitet durch
Scherung des Materials parallel des Lagengefüges (Fig. Twiss 12.20).
3) Scherzonenmodell: Knickbänder wandern nicht, sondern sind ortsfeste Scherzonen (homogeneous simple shear parallel den Scherzonengrenzen) (Fig. Twiss
12.21). Experimente zeigen jedoch, dass die Knickbänder NICHT entlang Flächen
mit hohem Scherstress entstehen - so ist Modell 3) unwahrscheinlich.
Chevronfalten: zwei Modelle
1) Zwei konjugierte Knickfalten überschneiden sich (Fig. Twiss 12.22). 50%
Verkürzung ist notwendig um einen undeformierten Block in einen überzuführen,
der vollständig mit Knickfalten ausgefüllt ist (gut erforscht in Experimenten - in
der Natur zeigen Chevronfalten selten mehr als 25% Verkürzung.
2) Durch Flexurscherung (flexural shear) (Fig. Twiss 12.23 für eine Lagensequenz).
Es bilden sich class 2 Falten, die sich jedoch nur bilden können, wenn sich in den
Scheiteln Lücken auftun (diese werden durch gelöstes oder inkompetentes
Material gefüllt oder es kommst zum Scheitelkollaps).
Fokus: Computergestützte Karten- und Profilkonstrukion - Fault-bend and
fault-propagation Faltung eines Lagengefüges
Rollover Antiklinalen entlang von Abschiebungen und teilweise komplexe Antiklinalen über Überschiebungsrampen und -duplexen. Eine kinematische Analyse
dieser geometrisch notwendigen Falten erfordert folgende Annahmen:
1) Keine Lücken werden durch die Bewegung über eine Rampe erzeugt.
2) Alle Biegungen entlang einer Störung sind scharf.
3) Die orthogonale Dicke jeder Lage ist konstant.
4) Die Längen von Lagen in einem deformierten Block werden erhalten.
Diese Annahmen implizieren ein Faltungsmodell, das durch lagenparalleles Gleiten
charakterisiert ist (flexural shear), des weiteren, dass die Faltenschenkel gerade sind,
die Faltenscheitel eckig und dass die Falten class 2 haben (Knick- und Chevronfalten).
Fig. Twiss 12.24 zeigt das Modell: Definitionen der Winkeln  (Winkel um den die
Störung biegt),  (initialer cut-off Winkel),  (psi - finaler cut-off Winkel), 
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(Zwischenschenkelwinkel, wird durch die Achsenebene halbiert),  (Faltungswinkel).
Beziehungen aus Fig. Twiss 12.24:
  180  
    (   )
Die Geometrie führt zu den folgender Gleichung, die den Störungsbiegungswinkel ()
zum Zwischenscheitelwinkel () und den initialen Rampenwinkel (cut-off angle, )
bezieht:
 sin(0.5   )[sin(   )  sin  ]
tan  
cos(0.5   )[sin(   )  sin  ]  sin 0.5
Für eine einfache Rampe, in der  =  reduziert sich obige Gleichung zu:
sin 
tan   tan  
.
2  cos
Fig. Twiss 12.25 illustriert die Entwicklung einer Rampenfalte. Während einem
initialen Inkrement des Störungsversatzes bilden sich zwei Knickfalten, die die
Knickfaltengrenzen A und A´ und B und B´ haben. Die Achsenebenen A´ und B´ sind
an den Punkten X´ und Y´ im Hangendblock fixiert und diese Ebenen migrieren mit
dem Block während der Zunahme des Versatzes. Die Achsenebenen A und B sind an
den Punkten X und Y am Liegendblock fixiert (beachte die Verbindungen mit den
Knickpunkten der Rampe im Liegendblock). Während des Versatzes wandert das
Material des Hangendblockes durch die Achsenebenen A und B und die Knickfalte
wächst.
Die erste Phase der Entwicklung der Falte setzt sich fort, bis der Punkt Y´ im
Hangendblock (mit der Achsenebene B´) den Punkt X an der Spitze der Rampe
erreicht; zu diesem Zeitpunkt hat die Falte ihre maximale Amplitude erreicht und die
Achsenebene B´ wird am Punkt X am Liegendblock fixiert und die Achsenebene A
wird am Punkt Y´ im Hangendblock fixiert.
Mit Beginn der zweiten Phase der Faltung sind die Achsenebenen A´ und A im
Hangendblock fixiert und migrieren mit diesem Block und die Achsenebenen B und
B´ sind fixiert in Bezug zum Liegendblock an den Enden der Rampe. Das Material
des Hangendblockes, welches durch diese Achsenebenen migriert wird geschert, wenn
es durch B passiert und wird rückdeformiert, wenn es durch B´ wandert.
Komplexere Modelle sind möglich (Fig. Twiss 12.26). Wichtig ist, dass das Einfallen
der Lagen sich stufenweise über die Achsenebenen ändert; die Anzahl des
stufenweisen Zunehmen des Einfallens an der Spitze oder an der Rückseite der Falte
gibt die Zahl der Störungsimbrikationen in der Tiefe an.
Fig. Twiss 12.27 illustriert die Entwicklung eine fault-propagation Falte. Wo die
Störung eine Rampe zu bilden beginnt, dort beginnen sich zwei Knickfaltenpaare zu
bilden. Die AE (Achsenebene) A’ endet an der tip Linie der Störung, ist aber nicht
parallel zur Störungsrampe; sie migriert durch das Material gleichzeitig zum Vorwärtsschreiten des Störungs-tips. Das Knickband zwischen A und A’ akkomodiert den
Versatz vor der Störung. Die AE B ist fixiert relativ zum Liegendblock am Beginn der
Rampe und Material im Hangendblock migriert durch B. Die AE B’ schneidet die AE
A immer gerade in dem stratigraphischen Niveau, in dem der Störungs-tip zu einer
bestimmten Zeit lokalisiert ist. Unterhalb dieses Niveaus ist die Faltung komplett,
weil dort der Versatz durch die Störung aufgefangen wird. Die AE A und B’
migrieren auch durch das Material, wenn der Störungs-tip migriert, aber die AE, die
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durch die Verbindung der AE von A und B’ gebildet wird bleibt im Hangendblock
fixiert und wird mit ihm versetzt.
Folgende Beziehung zwischen dem Rampenwinkel  und dem Zwischenschenkelwinkel  kann aufgestellt werden:
2sec  cot    cot  (sec = Hypotenuse/Ankathete)
Wenn es aus irgendeinem Grund zum Aufhören der Faltung kommt, kann die Störung
zwischen A und A’ durchschneiden; dieser Prozess lässt im Liegendblock eine enge
Synklinale über (“out-of syncline thrust”).
Beachte, dass die fold-propagation Falte enger ist als eine fold-bend Falte.
Zug(Schlepp)falten (drag folds) und Hansen’s Methode der Bestimmung der Bewegungsrichtung
Wenn Gesteine geschert werden entstehen häufig asymmetrische Falten, deren Sinn
der Asymmetrie den Sinn der Bewegung angibt (Zeichnung). Die Implikation solcher
Schleppfalten ist, dass der Geschwindigkeitsgradient in heterogener Scherung die
Lagen in eine Falten geschleppt hat (zeichne Geschwindigkeitsprofil). Solche Falten
sind generell nicht-zylindrisch, asymmetrisch und disharmonisch. Weil die
Scheitelorientierungen von der initialen Lagenorientierung zur Scherfläche und von
den Fliessinhomogenitäten abhängt, können die Faltenformen und die Faltenachsen
extrem variieren. So zeigen die Faltenachsen und Faltenformen nicht die Gleitrichtung
in der Scherzone an. Des weiteren kann die Scherung die Falten unter progressiver
Deformation weiter rotieren.
Der Sinn der Asymmetrie eine Schleppfalte muss allerdings konsistent mit dem
Schersinn in der Scherzone sein. Plottet man alle Scheitelorientierungen in einem
Stereogramm zusammen mit den dazugehörigen Schersinnen, dann sollten sie auf der
Scherebene liegen (Fig. Twiss 12.28). Der Teilungswinkel über den der Schersinn sich
ändert beinhaltet die Scherrichtung und die Asymmetrie der Falten gibt den Schersinn
der Deformation an.
Überlagernde Faltung
In Orogenen treten mehrere Generationen von Faltungen auf. Die Terminologie ist in
Fig. Twiss 12.29 erklärt. Die jüngsten Falten haben generell planare Achsenebenen.
Fig. Twiss 12.30 zeigt experimentelle Modelle, die zeigen, dass sich unterschiedliche
Faltenmuster auch bei relativ kleinen Änderungen der Verkürzungsrichtungen der
zwei Faltengenerationen ergeben.
Fig. Twiss 12.31 zeigt theoretische Falteninterferenzmuster (Typ 1 bis Typ 3). In der
Theorie lassen sich alle Muster simulieren (haben Programm) und so haben sich in der
Natur viele komplexe Muster erkennen und interpretieren lassen. Fig. Twiss 12.32
gibt natürliche Beispiele.
Diapirismus
Diapire bilden sich, wenn Material mit geringer Dichte durch überlagerndes Gestein
mit höherer Dichte aufsteigt. Diapire treten in der Natur auf als Salzdome,
metamorphe Gneisdome, Plutonitdiapire, und konvektive Mantelplumes. Diapirterminologie: siehe Fig. Twiss 12.33. Fig. Twiss 12.34 gibt Falten wie sie häufig mit
Diapiren verbunden sind.
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13: Schieferungen und Lineationen in deformierten Gesteinen
Foliation  Schieferung  S-Fläche
Foliation ist eine homogen verteilte planare Struktur; S0- primäre, etc. Foliation wird
durch eine Vorzugsorientierung von Mineralien bedingt;
Lineation: homogen verteilte lineare Struktur; Foliation und Lineation können primär
sein (Sedimente, Magmatite).
Tektonite: Generell werden Foliation und Lineation Tektoniten zugesprochen;
Tektonite  Gesteine, deren Struktur ein Produkt von Deformation und meist auch
Metamorphose ist. (S-, L-, LS-Tektonite).
Penetrative Struktur: immer dann, wenn der Abstand der betreffenden Struktur sehr
klein ist, verglichen zum betrachteten Gesteinsvolumen.
Cleavage wird Foliation in niedriggradigen Gesteinen bezeichnet, Spalten entlang von
“Bruchflächen”.
Fig. Twiss 13.1 morphologische Klassifikation von Schieferungen, basierend auf der
Gestalt und der Anordnung der Komponenten des Gesteins.
Viele Foliationen haben Domänen [(Mikrolithe (microlithons)], d.s. begrenzte
Volumina des Gesteins, die uniform in Bezug zu einer bestimmten Struktur sind und
sich vom benachbarten Volumen unterscheiden; Foliationen, die Domänen aufweisen
nennt man spaced Foliationen, die anderen continuous (haben keine Domänen).
Kompositionelle Foliationen: verschiedene mineralogische Lagen (z.B. in Ultramafiten, hochgradige Gneise).
Disjunktive Foliation ist charakterisiert durch dünne Domänen, Schieferungsdomänen
oder Säume (Fig. Twiss 13.3). Domänen = Mikrolithe (microlithons) (Fig. Twiss 13.4,
Twiss 13.7).
Krenulationsfoliation (crenulation cleavage) ist charakterisiert durch Chevronfalten
(chevron folds sind per Definition harmonisch!!), die ein früheres Lagengefüge
(Schieferung) falten (Fig. Twiss 13.9, Twiss 13.10).
Continuous (kontinuierliche) Foliation ist charakterisiert durch Domänen mit
geringem Abstand (< 10 m) (Fig. Twiss 13.11).
Beziehung zwischen Schieferung und anderen Strukturen
Achsenflächenschieferung: konvergente und divergente Fächer (Fig. Twiss 13.13);
Verwendung der SchichtungsFoliationsbeziehung, um die Position des Faltenschlusses zu bestimmen (Synklinalen- und Antiklinalenposition, Fig. Twiss 13.14);
Funktioniert nicht, wenn es sich um komplexe Faltung mit zwei oder mehreren
Generationen von Faltung handelt (Fig. Twiss 13.15).
Diashow – Foliation
S-C Tektonite:
Erklärung des S-C Modells anhand einer Scherzone mit Scherzonengrenze; variable
Strainraten oder rheologische Schwachzonen in der Scherzone. C kommt von
cisaillement, which means shear; S ist parallel der Schieferung, C ist eine Scherzone
parallel der Scherzonengrenze (Fig. Twiss 13.16);
Typ I S-C Tektonite kommen in phyllosilikatreichen Gesteinen vor und die C-Flächen
bilden Sigmoidale der S-Flächen (Fig. Twiss 13.16A);
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Typ II treten in phyllosilikatarmen Gesteinen auf (z.B. Quarziten); die S-Flächen sind
durch die Ausrichtung der Quarzrekristallisate und der Glimmerfische (alte, präexistente Glimmer) gekennzeichnet (Fig. Twiss 13.16B), die C-Flächen durch dünne
Säume neugewachsener Glimmer. In beiden Fällen gibt die Biegung der S-Flächen in
die C-Flächen den Schersinn. Bei hohen Strain werden S und C parallel und eine
weitere Generation von Scherflächen kann sich bilden (C’, ecc). Wichtig ist, dass S-C
Gefüge während der gleichen Deformation gebildet werden, aber Krenulationsschieferungen zwei unterschiedliche Deformationsereignisse widerspiegeln.
(Diashow mit möglichen Scherkriterien aus O’Brian et al. 1987 und S-C Gefüge)
Einige spezielle Bezeichnungen: slaty cleavage, phyllitische Foliation (phyllitic
cleavage), schistosity, gneissic foliation.
Lineationen
Fig. Twiss 13.18 gibt eine morphologische Klassifikation von Lineationen. Diskrete
Lineationen bilden sich durch die Deformation von diskreten Objekten, wie Geröllen,
etc. (Fig. Twiss 13.19). Minerallineationen: Vorzugsorientierung von nichtzirkularen
Mineralen. Rods sind polykristalline Minerallineationen, die aus Konzentrationen
eines einzelnen Minerals (gewöhnlich Quarz) bestehen.
Konstruierte―zusammengesetzte (constructed) Lineationen bilden sich als Überschneidung von flächigen Elementen. Intersektionslineation: Überschneidung von
zwei planaren Elementen (z.B. Schichtung―Schieferung) (Fig. Twiss 13.20). Faltenscheitellineation kommen häufig in Gesteinen mit Krenulationsschieferung vor.
BoudinLineation (boudin - französisch = Blutwurst) (Fig. Twiss 13.21).
Assoziationen von Lineationen mit anderen Strukturen
Lineationen sind meist mit Foliationen assoziierte (L-S Tektonite, etc.). Häufig auch
mit Falten.
14: Bildung von Schieferungen und Lineationen
Review der 3D-Strain Geometriebeziehung (flattening, constriction) = Fig. Twiss
14.1.
Foliations–Lineationstypen: Strainbeziehungen! Schieferung: parallel XY oder e1-e2;
Mineralstreckungslinear: parallel X oder e1; Beziehung zwischen Plättungsebene
(flattening plane) und Foliationsebene (beachte primäre [prä-existente] Vorzugsorientierung und Unterschied Schieferungsebene  Plättungsebene (Fig. Twiss 14.2).
Beachte aber: wir definieren Foliation = XY Ebene in homogenen Gesteinen.
Mechanische Rotation: Rotation angezeigt durch “snowball garnets” (Science paper of
Christensen) und gebogene Fasern hinter Objekten (andere Erklärung möglich!).
Rotation von linearen und planaren Markern als Foliations-Lineationserzeuger! Z.B.
Kompaktionsreorientierung, Reorientierung in Krenulationsschieferung.
Modelle für mechanische Rotation:
1) Jeffreys Modell: Rotation eines Mineralkorns in einer duktilen Matrix
(schwebendes (!) rigides Partikel in einer Flüssigkeit; Fig. Twiss 14.4a). Beispiel
ist für simple shear Deformation. Partikel rotiert kontinuierlich um eine Achse
senkrecht zur Scherrichtung und parallel der Scherebene. Rotation ist am lang-
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samsten nahe der Scherebene, da der Zug auf das Partikel in dieser Orientierung
sehr klein ist. Sollte eine Konzentration der Partikel // der Scherfläche (!,
„Foliation“) ergeben.
2) March Modell: Partikel ist ein passiver Marker. Partikel rotiert bis in eine
Grenzsituation in der Scherfläche; im Gegensatz zu Jeffreys Theorie kann es nicht
darüber hinaus rotieren (Fig. Twiss 14.4b). Rotationsrate = 0 // der Scherfläche.
Vorzugsorientierung ist proportional des angelegten Strains. Vorzugsorientierung
ergibt „Foliation“.
3) Taylor-Bishop-Hill Modell: Scherung entlang kristallographisch vorgegebener
Flächen, sodass die Deformation kompatibel mit der Umgebung ist. Kristall ist
durch die Scherzonengrenze eingespannt und kann nur an einem (generell
mehreren) internen Gleitflächen deformieren (Fig. Twiss 14.4c). Scherung am
Gleitsystem bewirkt eine Rotation des Kristalls und eine Gestaltsänderung. Wenn
das Gleitsystem in einem hohen Winkel zum extern angelegten Stress liegt (siehe
Fig. Twiss 14.4c) dann endet die Rotation und Deformation. Gelängte Kristalle
ergeben Foliation + Lineation.
Mechanismen 1) – 3) bewirken ein Längung in e1 (X) und eine Plättung in e1-e2 (XY).
Fragen: (a) Wie ist das Bild von Lineation und Schieferung bei konstriktionalem
Strain? (b) Rotieren Flächen // den Hauptflächen des finiten Strains?
Lösung, Diffusion und Ablagerung (precipitation): Stresskonzentrationen führen zu
chemischen Mineralinstabilitäten und Wanderung der chemischen Komponenten;
Ablagerung erfolgt in Stressschatten. Beispiele aus Mergeln: Styloliten. Mit
Volumsänderung, Gestaltsänderung und unlöslichen Rückständen. Mechanismen des
Transports: Korngrenzdiffusion in einem wässrigem Film (Flüssigkeitseinschlüsse
entlang Korngrenzen) oder durch Fluidflow durch den Porenraum. Geschlossenes
System versus offenes System und chemische Änderungen.
Parameter, die die Löslichkeit beeinflussen:
1) Deformationszustand (Dislokationsdichte) - Strainenergiefaktor
2) Differenzstress (Stresskonzentration); Kristalle unter erhöhtem Differenzstress
lösen sich schneller (Riecke’s Prinzip der Drucklösung).