1.5: Pliegues

Introducción

Los pliegues son algunas de las características más llamativas y espectaculares de la corteza terrestre. En la mayoría de los casos, se forman pliegues donde se han acortado rocas estratificadas. Los pliegues son muy comunes, por lo tanto, en los cinturones orogénicos —regiones donde la litosfera de la Tierra ha sufrido acortamiento como resultado de los movimientos de las placas. Los cinturones orogénicos a menudo forman cadenas montañosas.

Los pliegues son importantes económicamente. Muchas trampas de petróleo se encuentran en anticlinos. De manera similar, vetas de cuarzo con oro en varios campos de oro principales se emplazaron en espacios (arrecifes de silla de montar) que se abrieron entre capas durante el plegado.

Al igual que con todas las estructuras, primero enfatizaremos la geometría, y luego nos aventuraremos en la cinemática y la dinámica una vez que tengamos un marco descriptivo firme.

Los pliegues son muy variables en estilo. Por lo tanto, hay muchas características para describir y medir en rocas plegadas típicas. En las secciones que siguen, distinguiremos entre características variantes e invariantes de pliegues. Las entidades invariantes son independientes de la orientación del pliegue, mientras que las características variantes dependen de la orientación de un pliegue. Las características invariantes se subrayan cuando se introducen por primera vez en las siguientes secciones.

Todos los términos en las siguientes secciones son igualmente aplicables a pliegues a escala microscópica, afloramiento y mapa.

Descripción geométrica de superficies plegadas simples

El dibujo más simple de una superficie plegada es en la vista de perfil: una vista de “extremo en” del pliegue. Técnicamente, la vista de perfil es una vista proyectada sobre un plano perpendicular a la bisagra de plegado.

Figura 1. Características de superficies plegadas simples en 2 y 3 dimensiones.

Superficies plegadas individuales en perfil

Puntos invariantes

Los puntos de curvatura más estrechos son las bisagras, ubicadas en la región de la bisagra. Los puntos de curvatura mínima son puntos de inflexión que se encuentran en las extremidades plegadas. Si se dibuja una tangente en el punto de inflexión en cada extremidad de un pliegue, las tangentes se cruzan en el ángulo entre extremidades.

Ángulo entre extremidades

Los pliegues se pueden clasificar por ángulo entre extremidades como:

Categoría	Ángulo entre extremidades
Suave	180 — 170°
Abierto	170 — 90°
Apretado	90 — 10°
Isoclinal	10 — 0°
Ptygmatic o ventilador	< 0°

Tenga en cuenta que existen varios esquemas diferentes para definir estas categorías. El esquema anterior es el dado en el texto de Davis et al. (2011).

Forma del doblez

Según su forma, las bisagras plegables se pueden clasificar como angulares o redondeadas. (Hay clasificaciones más sofisticadas pero éstas servirán para nuestros fines).

Dirección de cierre: sinformas y antiformas

Si las extremidades se alejan de la bisagra, entonces el pliegue se cierra hacia arriba; decimos que el pliegue es un antiforme. Si las extremidades se hunden hacia la bisagra, entonces el pliegue se cierra hacia abajo, y el pliegue es una sinforma.

Observe que si un pliegue se cierra 'lateralmente' de manera que una extremidad se sumerge hacia la bisagra y la otra se aleja, no es posible definirla como antiforme ni como sinforme. (Conoceremos el término 'reclinado' que es útil para describir tales pliegues, en una subsección posterior.)

También de perfil, podemos identificar el punto más alto en la traza de un antiforme, llamado punto de cresta. El punto más bajo en la traza de una sinforma se llama punto valle. Tenga en cuenta que los puntos de cresta y valle no necesariamente coinciden con los puntos de bisagra, excepto en pliegues perfectamente angulares o perfectamente verticales.

Dirección de jóvenes: sinclinos y anticlinos

Una superficie plegada en rocas sedimentarias tiene un lado superior estratigráfico y un lado inferior estratigráfico. Estos definen la dirección de los jóvenes. Si la dirección joven es hacia el interior del pliegue, entonces el pliegue es una sinclina. Si la dirección joven está lejos del interior del pliegue, entonces el pliegue es un anticlinal.

En zonas de leve deformación como las estribaciones de las Montañas Rocosas, donde las rocas son regionalmente el camino correcto hacia arriba, los anticlinos son antiformes; los términos se pueden usar más o menos indistintamente. De igual manera, en tales áreas las sinclinas también son sinformas.

Sin embargo, en zonas como el interior de la Cordillera, o los Alpes de Europa, hay regiones donde las rocas están al revés sobre grandes áreas. Ahí, es posible que los antiformes sean sinclinos y los sinformes sean anticlinos. Por lo tanto, es importante que si no sabes con certeza la dirección joven, ¡use solo los términos antiforme y sinforme para describir la geometría del pliegue!

Posibles combinaciones de dirección de cierre y juventud:

	Antiforme	Synform
Anticline	Antiformal anticlinal	Anticlina sinformal
Syncline	Sinclina antiformal	Synformal Syncline

Superficies plegadas individuales en 3-D

En 3-D todos los puntos variantes e invariantes se pueden extender en líneas.

Línea de bisagra: una línea que representa el lugar de curvatura máxima (es decir, que une todos los puntos de bisagra). El plano perpendicular a la bisagra de plegado se denomina plano de perfil. Es el plano en el que dibujamos una vista de perfil de un pliegue.

También reconocemos líneas de inflexión, líneas de cresta y líneas de canal.

En pliegues muy regulares, todas estas líneas son rectas y paralelas (tienen la misma tendencia y se hunden). De hecho, todos los planos medidos en tales pliegues son paralelos a esta línea generadora única. Describimos tales pliegues como cilíndricos, y la dirección de la línea única es el eje del pliegue.

Sin embargo, no todos los pliegues son cilíndricos. En los pliegues no cilíndricos las líneas de bisagra, líneas de inflexión, líneas de canal y líneas de cresta pueden ser curvas e irregulares. El punto más alto de una línea de cresta se describe como un punto de culminación; las capas se alejan de un punto de culminación en todas las direcciones. Un punto culminante suele ser un objetivo atractivo para la perforación petrolera. El punto más bajo en una línea de depresión es un punto de depresión. Las capas se sumergen hacia el punto de depresión en todas las direcciones. Si un punto de culminación es particularmente simétrico, de tal manera que la caída aumenta aproximadamente a la misma velocidad en todas las direcciones, entonces el pliegue es una cúpula estructural. Lo opuesto a una cúpula, un pliegue con un punto de depresión simétrico, es una cuenca estructural. Las cúpulas y cuencas estructurales a veces se describen como periclinas.

Actitud de plegado

Todas las líneas en un pliegue tienen tendencia y caída; en los pliegues cilíndricos estos son todos iguales: la orientación del eje del pliegue. En los pliegues no cilíndricos, la característica más fácil y de medición más regular es la línea de bisagra. Podemos clasificar los pliegues por caída de la línea de bisagra de la siguiente manera:

Zambullida	Clasificación por inmersión en línea de bisagra
0-10°	Subhorizontal
10-30°	Suavemente hundirse
30-60°	Sumergirse moderadamente
60-80°	Inmersión pronunciada
80-90°	Subvertical

Trenes de pliegues en perfil y 3-D

Los términos anteriores se aplican a los pliegues simples. Comúnmente, se observan múltiples pliegues en una misma superficie plegada, en cuyo caso ciertos patrones son comunes.

Figura 2. Pliegues parasitarios.

Si dibujamos una superficie que es tangente a todos los pliegues, se llama superficie envolvente. Del mismo modo, la superficie que pasa a través de todas las líneas de inflexión es una superficie mediana.

Muchas superficies plegadas muestran extremidades largas alternas y extremidades cortas, haciendo que los pliegues sean asimétricos. Esta asimetría permite que los pliegues se etiqueten como pliegues en S o en pliegues en Z. Para determinar si un tren plegado tiene asimetría S o Z, observe tres extremidades con una secuencia larga-corta-larga. Si las 3 extremidades tienen la asimetría de la letra Z entonces este es un pliegue Z; si las extremidades tienen la asimetría de la letra S entonces el pliegue es un pliegue S. Tenga en cuenta que esto no tiene nada que ver con el hecho de que la S es redondeada y la Z es angular; es la simetría rotacional lo que es importante.

Un pliegue que tiene asimetría S cuando se ve desde un extremo tiene asimetría Z desde el otro. Por lo tanto, es importante que digamos de qué manera estamos mirando cuando caracterizamos un pliegue como S o Z. Si no se especifica la dirección de visión, entonces la convención es mirar en la dirección downplunge.

Una ocurrencia común de pliegues S y Z es cuando los pliegues ocurren a diferentes escalas en la misma capa. Los pliegues pequeños desarrollados en las extremidades de los pliegues más grandes, con la misma orientación, se denominan pliegues parásitos (Fig. 2). Por lo general, los pliegues parasitarios en una extremidad tienen asimetría S mientras que los de la otra extremidad tienen asimetría Z. A menudo hay una región en la bisagra donde los pliegues parásitos no tienen una asimetría clara; se describen como pliegues M (o W). A veces, mapear la asimetría de pliegues parásitos a escala de afloramientos es una buena manera de ubicar las bisagras de pliegues mayores a escala cartográfica menos obvios.

Características de las superficies sucesivas

Es raro ver solo una sola superficie plegada en afloramiento. La mayoría de las rocas en capas tienen múltiples capas que se pliegan juntas, lo que nos permite definir algunas características variantes e invariantes adicionales.

En perfil

Una línea dibujada a través de todos los puntos de bisagra de un pliegue se llama la traza axial del pliegue. (También se llama traza de bisagra, que podría decirse que es un término mejor porque la traza tiene poca relación con el eje de plegado, pero la mayoría de los geólogos estructurales utilizan traza axial).

Los otros puntos variantes e invariantes también corresponden a trazas en el plano del perfil: traza de inflexión, traza de cresta, traza de valle. (Debido a que todas estas líneas son las trazas, en el plano del perfil, de las superficies en 3-D, a veces se agrega la palabra 'superficie': traza de superficie de inflexión, traza de superficie de cresta, traza de superficie de canal).

Figura 3. Características de múltiples superficies plegadas.

En 3-D

A estas alturas se puede anticipar que en 3-D cada una de las líneas que identificamos en una sola superficie se puede extrapolar en una superficie en 3D.

La superficie más importante es la superficie axial (o superficie de bisagra). Esta superficie es de gran importancia cinemática porque el polo a la superficie axial suele ser la dirección del acortamiento máximo.

Las otras superficies: superficie de inflexión, superficie de cresta y superficie de canal son todas paralelas a la superficie axial en un pliegue cilíndrico.

La dirección de orientación es la dirección de jóvense en la superficie axial del pliegue. Es perpendicular a las bisagras plegadas pero se encuentra en la superficie axial. Observe que los pliegues pueden tener extremidades volcadas pero aún así están orientadas hacia arriba.

La relación de dirección de cara a anticlinos, sinclinos, antiformas y sínformas:

	ANTIFORME	SYNFORM
ANTICLINO	Antiformal anticlinal	Anticlina sinformal
	(Orientado hacia arriba)	(Orientado hacia abajo)
SINCLINA	Sinclina antiformal	Synformal Syncline
	(Orientado hacia abajo)	(Orientado hacia arriba)

Observe que en los pliegues orientados hacia arriba la '-forma' y la '-cline' son iguales. En los pliegues orientados hacia abajo la '-forma' y '-cline' son diferentes.

Actitud de plegado

Debido a su importancia cinemática, el impacto y la caída de la superficie axial son características importantes a medir en un afloramiento de un pliegue. Los pliegues se pueden clasificar según la orientación de la superficie axial:

Dip	Clasificación por inmersión axial-superficial
0-10°	Reclinado
10-30°	Suavemente inclinado
30-60°	Moderadamente inclinado
60-80°	Inclinada pronunciada
80-90°	Vertical

Por la forma en que se define la superficie axial, la bisagra de un pliegue debe ser una línea que se encuentre en la superficie axial. Esto significa que la caída de la bisagra no puede ser más pronunciada que la inmersión de la superficie axial. También significa que la línea de bisagra tiene un rastrillo o paso en la superficie axial. Existe un término especial para los pliegues en los que el rastrillo de la bisagra en la superficie axial es cercano a 90°: estos son pliegues reclinados.

Pliegues armónicos y desarmónicos

Todos los rasgos anteriores son característicos de pliegues donde cada capa se pliega en paso con las capas adyacentes. A estos se les llama pliegues armónicos. En ocasiones encontramos rocas estratificadas en las que los pliegues no están tan alineados. Estos son pliegues desarmónicos. Por lo general, no es posible definir superficies axiales, de inflexión, depresión o cresta en pliegues desarmónicos, que por lo tanto proporcionan menos información sobre la deformación regional que los pliegues armónicos.

Figura 4. Se trata de una sinclina sinformal redondeada, erguida, subhorizontal, abierta, orientada hacia arriba. Bramber, Nueva Escocia.

Figura 5. Moderadamente inclinado, apretado, antiformal anticlinal. Carretera David Thompson, Alberta.

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Figura 6. Pliegues inclinados abruptos con escote plano axial. Carmanville, Terranova.

Figura 7. Pliegue reclinado. Picadilly, Terranova.

Figura 8. Sinforma inclinada de forma variable. Península de Port au Port, Terranova.

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Figura 9. Hebilla se pliega en arenisca. Rainy Cove, Nueva Escocia.

Figura 10. Banda Kink en pizarra. Isla Tancook, Nueva Escocia.

Figura 11. Pliegues isoclinales replegados, Pond Point, Bahía de las Islas, Terranova.

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Algunos estilos de plegado comunes

Algunos tipos de estilo de plegado ocurren en muchas circunstancias, y pueden dar pistas como sobre la dinámica del plegado.. Donde las capas de roca fuerte están intercaladas con rocas muy débiles, las capas fuertes pueden tener un grosor casi constante alrededor de las bisagras, de modo que los arcos interno y externo son paralelos. Tales pliegues se llaman pliegues paralelos o concéntricos. Los estilos distintivos de pliegues paralelos ocurren cuando las capas fuertes están juntas y pueden deslizarse unas sobre otras fácilmente. Bajo estas condiciones, se pueden desarrollar pliegues muy angulares. Cuando estos tienen ángulos entre extremidades alrededor de 60° se llaman pliegues de chevrón. Los ángulos entre las extremidades alrededor de 120° definen pliegues doblados. Por el contrario, cuando todas las capas son débiles, por ejemplo en rocas cercanas a su punto de fusión, pueden desarrollarse pliegues en los que cada superficie plegada es geométricamente similar a la siguiente; estos son pliegues similares.

Figura 12. Estilos de pliegue. a) Pliegues paralelos producidos por pandeo. b) Pliegues similares. (c) Pliegues Chevron. d) Pliegues torcidos.

Pliegues en vista de mapa

Las rocas plegadas son más complicadas en la vista de mapa que los estratos planos simples, porque los patrones de mapa son el resultado de una combinación de colinas y valles en el paisaje, y antiformas y sinformes en los estratos.

La forma de los estratos plegados a menudo se puede calcular con contornos de estructura, pero a diferencia de los de los estratos planos simples, los contornos de la estructura para los estratos plegados no son rectos. Muestran ángulos o curvas. Algunos ejemplos se muestran en los siguientes diagramas.

Si las bisagras plegables son perfectamente horizontales, los contornos de la estructura permanecerán rectos y paralelos, pero los números mostrarán cambios de inmersión:

Figura 13. Patrón de contorno de estructura para un antiforme horizontal.

Sin embargo, si el pliegue se hunde, los contornos mismos tendrán forma de V, en el caso de un pliegue angular:

Figura 14. Patrón de contorno de estructura para una sinforma angular hundida.

Si el pliegue es redondeado, los contornos de la estructura serán curvos, mostrando formas en U:

Figura 15. Patrón de contorno de estructura para un antiforme redondeado hundido.

Si se vuelca el pliegue, los contornos volverán a tener forma de V o U, pero los contornos para ambas extremidades se producirán en el mismo lado de la bisagra del pliegue:

Figura 16. Patrón de contorno de estructura para una sinforma angular de inmersión volcada.

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Doble sobreimpresión

Las áreas afectadas por múltiples episodios de plegado pueden mostrar pliegues replegados en una desconcertante variedad de orientaciones, produciendo una variedad de patrones de interferencia de pliegues.

Clasificación de patrones de interferencia de plegado

Para darle sentido a estos utilizamos una clasificación (ideada, como muchas otras clasificaciones fundamentales de pliegues, por J. Ramsay, 1967). Esta clasificación se relaciona únicamente con dos generaciones de pliegues —si tenemos 3 o más generaciones las cosas se complican más.

En cada caso caracterizamos una primera generación de pliegues por

• una superficie axial
• una bisagra plegable que se encuentra en esa superficie axial

Examinamos el efecto de la segunda generación de pliegues en esas dos estructuras.

Figura 17. Tipo de patrón de interferencia de 0 pliegues.

Si el plegado posterior no dobla ni las superficies axiales ni las bisagras de los pliegues tempranos, entonces los primeros pliegues se aprietan efectivamente solo durante la segunda fase de deformación. El patrón de plegado se describe como 'tipo 0', y generalmente no será evidente a partir de la geometría que haya habido dos fases de deformación.

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Figura 18. Patrón de interferencia de pliegue tipo 1.

Si el acortamiento posterior es aproximadamente paralelo a las bisagras de los primeros pliegues, y la dirección de extensión también se encuentra en las superficies axiales del pliegue temprano, entonces el plegado posterior dobla las bisagras de los pliegues tempranos pero no dobla significativamente las superficies axiales. Esto generalmente produce culminaciones y depresiones en las bisagras de pliegue temprano, y conduce a patrones de afloramiento ovalados de trazas de capas en las superficies de afloramiento. Esto se denomina patrón de interferencia tipo 1 pliegue, caracterizado por cúpulas y cuencas.

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Figura 19. Patrón de interferencia de plegado tipo 2.

Si por otro lado, la dirección de extensión en la segunda deformación está en un ángulo alto con respecto a las superficies axiales tempranas, entonces esas superficies axiales también se pueden plegar. En estas circunstancias los patrones de afloramiento se caracterizan por formas complejas que se asemejan a hongos y plátanos. Esto se llama patrón de interferencia tipo 2.

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Figura 20. Patrón de interferencia de plegado tipo 3.

Hay un tercer caso, que ocurre cuando la dirección de acortamiento está en un ángulo alto con respecto a las bisagras de plegado temprano y la dirección de extensión está en un ángulo alto con respecto a las superficies axiales tempranas. Bajo estas condiciones, las primeras bisagras pueden permanecer más o menos rectas pero las primeras superficies axiales están plegadas. La traza de estratificación típicamente sigue una forma de zigzag múltiple descrita como un patrón de interferencia de tipo 3.

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Figura 21. Interpretación de patrones de interferencia de pliegue.

Cómo analizar un patrón de plegado sobreimpreso

Al tratar de entender un patrón de plegado sobreimpreso, el primer paso más importante es dibujar trazas axiales. En general, es probable que el último conjunto de trazas axiales sea aproximadamente recto. Las trazas axiales anteriores pueden o no ser plegadas. (En general, los patrones de interferencia tipo 1, donde las superficies axiales tempranas no están plegadas, son los más difíciles de analizar; puede que no sea posible determinar el orden de plegado).

Las direcciones enfrentadas también pueden ser útiles en el análisis de pliegues sobreimpresos. Por ejemplo, los pliegues orientados hacia abajo (anticlinos sinformales y sinclinos antiformales) siempre indican que hay al menos dos generaciones de pliegues.

Referencias

Davis, G.H., Reynolds, S, J. y Kluth, C.F. (2011) Geología estructural de rocas y regiones, 3a edición, Wiley, Nueva York, 864 p.

Ramsay, J.G. (1967) Plegamiento y fracturación de rocas: San Francisco, McGraw Hill, 568 p.

Van der Pluijm, B.A. y Marshak, S. (2004) Earth Structure: An Introduction to Structural Geology and Tectonics, Norton, New York, 656 p.