Evolution of the first generation folds in a marble unit (Damara Orogenic Belt, Nambia)

Zusammenfassung

In einer Folge von dolomithaltigen Marmoren mit zwischengelagerten Kalksilikatschichten sind komplizierte Faltenstrukturen von einer Größenordnung im dm—m Bereich auf ihre Bildungsweise hin untersucht worden. Obwohl diese Strukturen koaxial umgefalteten Falten gleichen, stellte sich schon zu Beginn der Analyse heraus, daß ihre Entwicklung unmittelbar mit der ersten regionalen Faltungsphase (F₁) verbunden war. Sie können demnach nicht als Interferenzstrukturen im üblichen Sinne betrachtet werden. Die Voraussetzung, daß eine Folge verschiedenartiger Verformungen ihre Bildung zugrunde liegen würde, hat sich als unumgänglich erwiesen. Jede von diesen Verformungen hätte spezifische geometrische Eigenschaften der Strukturen erzeugt, die zumindest in günstigen Fällen in mehr oder weniger veränderter Form auch nach späterer Verformung noch zu erkennen wären. Diese Annahme ermöglichte die Deutung der komplizierten Strukturen als ein Endergebnis progressiver Deformation mittels unterschiedlicher Verformungsmechanismen.

An Hand dieser Faltenstrukturen wurde die Entwicklungsgeschichte der F₁ Großfalten (km-Bereich) erforscht und es ergab sich daraus, daß diese in mehrere Stadien unterteilt werden kann. Das Anfangsstadium F_1A, war eine schichtparallele Verkürzung, die jede Schicht einzeln deformierte und zur Bildung von kleinmaßstäblichen (dm-Bereich) Stauchfalten Anlaß gab. Erst danach wurden die künftigen Großfalten angelegt, die im ersten Teil ihrer Entwicklung eine neutrale Fläche besaßen, an deren Außenseite die F_1A Falten gedehnt wurden (F_1B Stadium, Faltenaußenseite), während an der Innenseite eine neue Faltengeneration mit Amplituden im m- bis dekameter-Bereich gebildet wurde (F_1B Stadium, Falteninnenseite). Hier fing während der Entwicklung der F_1B Falten auch die Deformation der ursprünglich symmetrischen F_1A Falten an, die zu asymmetrischen und auf die F_1B Falten parasitischen Falten umgebildet wurden.

Die neutrale Fläche verschob sich zur Außenseite der Großfalte hin und die F_1B Faltung an der Innenseite erfaßte dann auch die Außenseite, wobei die gedehnten Schichten wieder verkürzt und gefaltet wurden (F_1C Stadium, Faltenaußenseite). Am Ende bestimmte erneute Plättung (F_1D an der Faltenaußenseite, F_1C an der Falteninnenseite) die endgültige geometrische Form der Großfalten. Dabei bildete sich auch eine zweite Generation kleinmaßstäblicher Stauchfalten in denjenigen Faltenschenkeln, die in einem großen Winkel zur Plättungsebene lagen.

Die Dehnung der F_1A Falten, wenn diese eine Lage in kleinem Winkel zu der Plättungsebene einnehmen, manifestiert sich vielfach durch entfaltete Falten. Im Vergleich zu gewöhnlichen Falten ist die kennzeichnende Eigenschaft solcher Strukturen ein zu großer Winkel zwischen den Faltenschenkeln. Dieser nämlich ist größer als der Winkel zwischen den Tangenten an der Schichtung in der Umbiegung, gemessen wo letzterer mit den Faltenschenkeln verbunden ist.

Abstract

An exhaustive field study of complex minor fold structures has been directed at a better understanding of the individual fold-like features of a complex structure, to gain insight into their development and into the evolution of the major folds. It has been found conceivable and in practice, enlightening to explain complexity by the retention of geometrical features from an earlier stage of deformation within the same folding phase. Irregularities in fold and layer geometry were, whenever possible, interpreted as intact or modified relicts from such an earlier stage. Results of experimental work on fold development have been used as an aid in interpretation.

Several stages of deformation have shaped the major F₁ folds and the sum of those stages is the F₁ folding phase. The stages are the expression of successive deformation mechanisms. A first stage (F_1A) of layer-parallel shortening by end-loading has generated small-scale (cm-dm sized) structures exclusively. The latter formed as a result of buckling of paired or single interfaces and there is evidence for modification of their geometry by fluid phase migration towards the fold extrados. During the second stage (F_1B) the marble unit was deformed into major buckle folds and tangentional longitudinal strains existed in the closures, so that in closure extrados F_1A wave trains were extended. In closure intrados, harmonic folding on a scale between one and several tens of metres took place. The third stage of fold development (F_1B at the intrados, F_1C at the extrados) was characterized by harmonic folding on the same scale as before, throughout the marble unit. The fourth stage (F_1C at the intrados, F_1D at the extrados) was one of flattening of previous structures and folding processes were of minor importance.

Initially symmetric F_1A fold structures were redeformed into asymmetric parasitic folds on the limbs of the subsequent larger-scaled harmonic folds.

The presence of the small-scale F_1A fold structures and F_1A wave trains before the onset of folding on a larger scale and the fact that they formed markers perpendicular to the layering or the enveloping surface of a wave train simplified the analysis of later structures. The importance of reversed deformation (extension or unfolding) of F_1A wave trains is stressed and instances of recompressed wave trains, buckled for a second time but with a larger wavelength than before, are described. Moreover, the existence of repeatedly extended and compressed wave trains can be demonstrated.

Résumé

Des structures complexes à petite échelle (décimétrique à métrique) composées de plis et plis modifiés ont été étudiées sur le terrain dans l'orogène Damara (Namibie) où elles se trouvent dans une série de marbres dolomitiques avec de minces intercalations à silicates calcaires. Quoique ces structures ressemblent à des plis coaxialement repliés, leur développement se termine avec la cessation de la première phase de plissement régional (F₁). Elles ne sont donc point des structures d'interférence au sens usuel.

Toutefois, à cause de cette ressemblance et afin de pouvoir présenter une modèle expliquant leur évolution, on a supposé qu'une suite de déformations était à l'origine de ces structures. Chacune de ces déformations se manifesterait par certaines propriétés géométriques, qui, du moins dans les cas favorables, pourraient Être encore reconnues sous leur forme plus au moins modifée après déformations postérieurs. Cette hypothèse permit d'interpréter les structures complexes comme le résultat final d'une déformation progressive par des méchanismes divers.

Il a paru intéressant d'analyser l'évolution des plis à grande échelle F₁ (niveau kilométrique) à partir de ces structures. On peut en déduire que l'évolution des plis d'âge F₁ se subdivise en plusieurs sous-phases. La première sous-phase est un raccourcissement parallèle à la stratification de toute la série. Les couches se plient par flexion indépendemment l'une de l'autre, ce qui donne naissance à des plis à petite échelle désignés F_1A. Dans l'analyse des sous-phases suivantes, ceux-ci ont été utilisés comme marqueurs, car les plans axiaux et la schistosité S_1A font un angle droit avec le plan d'enveloppement de la couche plissée. A partir de la sous-phase suivante les plis à grande échelle commencent à se développer. Ils possèdent une surface neutre séparant l'extrados de l'intrados. Aux extrados, les plis F_1A sont étirés (sous-phase F_1B à l'extrados) tandis qu'aux intrados une nouvelle génération de plis au niveau scalaire métrique à décamétrique prend naissance, rédéformant les plis F_1A. Initialement symétriques, ceuxci deviennent asymétriques et parasitiques sur les flancs des plis F_1B nouvellement formés.

Ensuite, la surface neutre se déplace vers l'extérieur et les plis de la sous-phase F_1B à l'intrados affectent aussi l'extrados (sous-phase F_1C à l'extrados). Finalement, les plis à grande échelle acquièrent leur géométrie définitive par une phase d'aplatissement (sous-phase F_1D à l'extrados, F_1C à l'intrados). D'où une deuxiéme génération de plis à petite échelle, surimposés aux plis F_1A, dans les flancs ayant une orientation propice à rédéformation et appartenant aux plis F_1B (intrados) et F_1C (extrados).

L'étirement des plis F_1A dans l'extrados pendant la sous-phase F_1B, qu'on trouve aussi dans les flancs des plis F_1B (intrados) et F_1C (extrados) quand ils deviennent assez aigus, peut se réaliser par un déplissement. Celui-ci se manifeste par des plis où l'angle contenu entre les flancs est plus large que l'angle mesuré à la charnière, là où la dernière est raccordée aux flancs.

кРАткОЕ сОДЕРжАНИЕ

ИсслЕДОВАлИ ОБРАжОВ АНИЕ слОжНых склАДЧА тых стРУктУР РАжМЕРНОстьУ В М. ДО ДМ. В сВИтЕ, сОДЕР жАЩЕИ ДОлОМИтОВыИ МР АМОР с ИжВЕсткОВО-сИлИкАтН ыМИ пРОслОИкАМИ. хОть ЁтИ стРУктУРы И НАпОМИНА Ут кОАксИАльНО слОжЕНН ыЕ склАДкИ, с пЕРВых шАгО В ИсслЕДОВАНИь ВыьВИ лОсь, ЧтО Их РАжВИтИЕ сВьжАНО НЕпОсРЕДстВ ЕННО с пЕРВОИ РЕгИОНА льНОИ ФАжОИ склАДкООБРАжОВАНИь (F₁). т. Е. Их НЕльжь РАссМА тРИВАть, кАк стРУктУР ы НАлОжЕНИь В ОБыЧНОМ сМыслЕ ЁтОгО пОНьтИь. пРЕДпОлОжЕНИЕ, ЧтО Их ОБРАжОВАНИЕ пРИВЕлО к РьДУ РАжлИЧНых пРЕОБРАжО ВАНИИ, ОкАжАлОсь тАкж Е НЕсОстОьтЕльНыМ. Всь кИЕ тАкИЕ пРЕОБРАжОВАНИь сОжД АВАлИ-Бы спЕцИФИЧЕск ИЕ гЕОМЕтРИЧЕскИЕ пРИж НАкИ В стРУктУРАх, кОтОРыЕ В БОлЕЕ, ИлИ МЕНЕЕ ИжМЕ НЕННОМ ВИДЕ МОжНО БылО Бы ОБНАРУжИть И пОслЕ БО лЕЕ пОжДНИх пРЕОБРАж ОВАНИИ. тАкОЕ пРЕДпОлОжЕНИЕ РАжРЕшАЕт ИНтЕРпРЕт ИРОВАть слОжНыЕ стРУ ктУРы, кАк слЕДстВИЕ пРОгРЕссИ РУУЩЕИ ДЕФОРМАцИИ с РАжлИЧН ыМИ МЕхАНИжМАМИ пРЕО БРАжОВАНИь. НА ОсНОВАНИИ ЁтИх скл АДЧАтых стРУктУР Исс лЕДОВАлИ РАжВИтИЕ БОльшИх склАДОк F₁ (РАжМЕРНОст ь В кМ); пРИЧЕМ УстАНОВИ лИ, ЧтО РАжВИтИЕ ЁтО пРОтЕкА лО В НЕскОлькО ЁтАпОВ. НА ЧАльНАь F_1A хАРАктЕРИж ОВАлАсь сОкРАЩЕНИЕМ пАРАллЕльНых слОЕВ, п РИЧЕМ кАжДыИ слОИ ДЕФОРМИРОВАлсь НЕжА ВИсИМО, ЧтО пРИВЕлО к пОьВлЕНИУ М ЕлкИх — РАжМЕРНОстьУ В ДМ. склАДОк УкОРАЧИВАНИ ь. тОлькО пОслЕ ЁтОгО сО жДАлИсь пРЕДпОсылкИ Дль ОБРАжОВАНИь БУДУЩИх кРУпНых склАДОк, кОтОРыЕ НА пЕ РВых пОРАх ИМЕлИ НЕИт РАльНУУ плОскОсть, НА ВНЕшНЕИ стОРОНЕ кОтО Рых склАДкИ F_1A пОДВЕРг АлИсь РАстьжЕНИУ (стАДИь F_1B, склАДЧАтОсть ВНЕшН ЕИ стОРОНы), В тО ВРЕМь, кАк НА ВНУтРЕННЕИ ЧАстИ ВОжНИкАлО НОВОЕ пОкО лЕНИЕ склАДОк с АМплИ тУДОИ РАжМЕРНОстьУ От М. ДО Д ЕкАМЕтРА (стАДИь F_1B, склАДкООБРА жОВАНИЕ НА ВНУтРЕННЕ И стОРОНЕ). жДЕсь ВО ВРЕМь ОБРАжОВАНИь ск лАДОк F_1B ИМЕлА МЕстО тА кжЕ ДЕФОРМАцИь ИсхОДНых сИММЕтРИЧНых склАДО к F_1A, кОтОРыЕ стАНОВИлИ сь АсИММЕтРИЧНыМИ, И НА склАДкАх F_1B пРЕОБРАжО ВАлИсь В „parasitische Falten“. НЕИтРАльНАь плОскОс ть сМЕЩАлАсь к ВНЕшНЕ И стОРОНЕ кРУпНОИ склАДкИ; А склАДЧАтОсть F_1B НА ВНУ тРЕННЕИ ЧАстИ ОхВАты ВАлА тАкжЕ И ВНЕшНЕУУ ЧАсть, пРИЧЕМ сНОВА пРОИжОш лО сМьтИЕ РАстьНУтых слОЕВ В склАДкИ (стАДИь F_1C, склАДкООБРАжОВАНИЕ НА ВНЕшНЕИ ЧАстИ). пОД к ОНЕц НОВОЕ ВыРАВНИВАНИЕ (Р_1D НА ВНЕшНЕИ стОРОНЕ ск лАДкИ И f_1c НА ВНУтРЕННЕ И ЕЕ стОРОНЕ) сОжДАлО ОкОН ЧАтЕльНУУ ФОРМУ кРУпНых склАДО к. пРИ ЁтОМ ОБРАжОВАлИ сь МНОгОЧИслЕННыЕ пОпЕРЕЧНыЕ МЕлкОМАс штАБНыЕ склАДкИ УкОР АЧИВАНИь НА тЕх склОНАх кРУпНых склАДОк, кОтОРыЕ РАсп ОлАгАлИсь пОД БОльшИ М УглОМ к плОскОстИ сглАжИВАН Иь, РАстьжЕНИЕ склАДкИ F_1A кОгДА ОНА НАхОДИлАсь пОД НЕБОльшИМ УглОМ к пОВ ЕРхНОстИ сглАжИВАНИь, пРОьВИл Ось пРИ сМьтИИ склАДО к. пО сРАВНЕНИУ с ОБыЧНыМИ склАДкАМИ Ё тИ стРУктУРы хАРАктЕ РИжУУтсь ЧЕРЕжЧУР БОльшИМ УглОМ МЕжДУ склОНАМИ склАДОк. ЁтОт УгОл БОл ьшЕ, ЧЕМ УгОл МЕжДУ кАсАтЕльН ыМИ слОЕВ сгИБА НА МЕстЕ И х пЕРЕхОДА В склОНы ск лАДкИ.