Deformaties in onverharde sedimenten: het bestuderen waard

31

Deformaties

in

onverharde sedimenten:

het bestuderen

waard

¹

A.J.+(Tom)

vanLoon² &

Krzysztof

Brodzikowski ³

Samenvatting

Ineen

sedimentpakket

waarinnog geen of

weinig

lithificatie is

opgetreden,

kunnen talvan processen zorgenvoor deforma-ties. De

_{daarbij gevormde}

structuren kunnen

uiteenlopende

groottesen vormen

hebben;

vaak

_spelen

diverse deformatie-processen bovendien

gelijktijdig

eenrol. Een

gevolg

is dat de ontstane structuren

gecompliceerd

kunnen

_zijn

en

moeilijk

te classificeren. Dat leidtertoedat binnen de WTKG aandeze structuren veelal

weinig

aandacht wordt besteed

_bij

veldwerk

(bijv. stratigrafisch onderzoek);

meeraandachtvoordeze struc-turen kan echter

_bijdragen

aan een beter

begrip

van de

omstandigheden

waaronder de sedimenten

zijn

ontstaan.

Inleiding

Aanvankelijk

werden de deformaties in onverharde sedi-menten_{alleen op hun}vorm

geclassificeerd.

Eenmeer

analyti-sche

benadering

leidde tot een onderscheid tussen

plooi-structuren, breukstructurenenbreccies

(Leith, 1923),

waarna

menzich realiseerde datook degrootteeenrol

speelt

omdat

bij

hetontstaan van grotedeformatiestructuren

spanningen

op-treden die kunnen leidentot

kleinere,

secundaire deformaties

(Occhietti, 1973).

Naarmate meerbekend werd over deze structuren werd echter ook de

_verwarring

_groter.Het bleek

namelijk

dateen

bepaald

proces kon leidentot

duidelijk

verschillende structu-ren

(bijv.

door verschillen in

_{sedimenttype),}

maarook dat verschillende processen

vrijwel

identiekestructuren konden

opleveren (Kuenen,

1958).

Daarnaast bleek dat het

_eigenlijk

slechts zelden voorkomt dateendeformatiestructuur slechts één enkele oorzaak heeft. Een

gevolg

vandezeinzichten was datmen

aanvankelijk overging

van een

beschrijvend

naar een

genetisch classificatiesysteem,

maardatmenlater ook datweer moest_opgeven.Wellicht is het daarom betereen systeem te

gebruiken

dat

_uitgaat

vanwaarneembare gegevens die

inter-pretatie redelijk

zeker toelaten

(bijv.

watbetreft demate van

vervloeiing,

de

_{plastische vervorming}

of het elastisch

_gedrag

van het

_sediment).

Ontwikkeling

vandestructuren

Zowel

_experimenten

als

veldwaarnemingen

(bijv.

in

getijde-gebieden)

tonenaandat

vervormingen

in onverharde sedimen-ten snel kunnen

plaatsvinden:

binnen enkele uren of zelfs enkele minuten. In andere

_{gevallen zijn}

echter veel

_langere

perioden nodig, waarschijnlijk

eeuwen en

mogelijk

zelfs dui-zenden

jaren.

1 _Deze

bijdrageisvooreen

belangrijk

deelgebaseerdopeenartikel dat beideauteurs opuitnodigingschreven voorhetrecente

jubi-leumnummervan’Sedimentary Geology’ (Van Loon&

Brodzi-kowski, 1987).

2

Julianaweg 5,6862ZN OOSTERBEEK. 3

Laboratoryof

_{Experimental Geomorphology, Geographical}

Insti-tute,Universityof Wroctaw, ZamekKsigz,ul.PiastówSlgskich4, 58-306WALBRZYCH,Poland.

Deformatiestructuren in onverharde sedimenten

_zijn

reeds

lang

bekend

_{(o.a. Lyell, 1841),}

maarwerdentotin het midden vande

_twintigste

eeuw

nauwelijks

beschouwd alsvan waarde voor

geologische interpretaties.

Dat veranderde in het

begin

vande

_{zestiger jaren,}

toende

sedimentologie

zichontwikkelde endiverse auteursook

pogingen

dedenomdestructuren in onverharde sedimententeclassificeren

_{(o.a. Pettijohn}

&

Pot-ter, 1964;

Nagtegaal, 1965).

In die

tijd

wasnog

betrekkelijk

weinig

bekend vande processen inrecente

milieus;

de relatie tussendeformatiestructurenenmilieuwasdaarom nog

moei-lijk

te

leggen

en

geleidelijk

ebde de

belangstelling

voor dit

onderwerp

weg.

De

sedimentologie

ontwikkelde zich echter snelenop het eind van de

zeventiger,

begin

tachtiger jaren

kwamen de deformatiestructuren

opnieuw

in de

_{belangstelling}

(o.a.

Sims,

1978; Mills,

1983),

zelfs

_bij

de

_{structureel-geologen}

_vanwege de

implicaties

voor tektonische

analyses.

Momenteel wordt

aandezestructuren veel aandacht

_besteed,

vooraltenaanzien vanhun

_{ontstaanswijze,}

hun relatietotandere

deformaties,

en hun

_terminologie

enclassificatie.

Afzettingen (Werkgroep

voorTertiaireenKwartaire

Geologie)

32

In

uitzonderlijke gevallen

treedt de deformatie al

_tijdens

de sedimentatieop.

Bij

stroomribbels zietmen

bijv.

wel

’afglij-dingen’

op micro-schaalvan

waterverzadigd

zand dat op de

lijzijde (foreset)

van de ribbel nietmeer stabiel was. Men noemt een

dergelijke, gelijktijdig

metde

_{afzetting gevormde,}

deformatie

’synsedimentair’.

Veruit demeeste deformatiestruc-turen_{in onverharde sedimenten treden echter later op.}

Wan-neer eenstructuurwordt

_gevormd

voordat het

pakket

waarin destructuurvoorkomt dooreen nieuwe

laag

wordt

_afgedekt,

dan

spreekt

menwel

(Nagtegaal, 1963)

van een

metasedimen-taire structuur

(in

het

_Engels:

_{’metadepositional’,}

ook wel

’penecontemporaneous’).

Een voorbeeld hiervan

_zijn

de

krimpscheuren

die

_{bij uitdroging}

ineen

kleipakket

ontstaan. Later

_gevormde

structuren

(dus

in

_lagen

die al bedekt

_zijn),

noemt men

’postsedimenlair’;

sommige

water-of

luchtont-snappingsstructuren

(Fig.

1) zijn

hiervaneen voorbeeld.

Vooral

_bij

structurenmeteen

langdurige

ontstaansgeschie-denis is het uiteraard

_mogelijk

dat dedeformatie

begint

in_een metasedimentairstadiumendat de

ontwikkeling doorgaat

tot ineen

postsedimentaire

fase. Dat is

bijv.

vaak het

geval

met loadcasts

(Fig. 2), uitzakkingen

vanvaakietszwaarder mate-riaal

_(zand)

ineen

gemakkelijk

vervormbaar,lichter materiaal

(klei).

Hoe

_langer

de

_{ontstaansgeschiedenis}

_duurt,

hoe_groter de

kans is dat het

deformatieproces

wordt beïnvloed door andere

processen. In zo’n

geval

ontstaat een structuur waarvan de

uiteindelijke

vorm vaak uiterst

gecompliceerd

is

(Fig.

3).

Soortgelijke complicaties

kunnen ook

_optreden

wanneer een eenmaal

_volledig

ontwikkeldedeformatiestructuurlaterten Fig. 2

Instulpingsstructuren,tebeschouwen als sterk ontwikkelde loadcasts, ontstaandoor het in ballen(pseudonodules)

wegzakken

vanzandin eenonderliggende, waterverzadigde

kleilaag

(AlmereMembervande

Groningen

Formatie; Noordoostpolder).

Fig.

1

33

prooi

valtaan een

nieuw,

vanheteerstevolstrekt

onafhanke-lijk, deformatieproces.

Juist

_{dergelijke gecompliceerde}

structu-ren kunnen veel inzicht geven in de processen die

achtereen-volgens

eenrol hebben

_gespeeld.

Daarvoor is het dan uiteraard wel

noodzakelijk

de

afzonderlijke

processenteonderscheiden en hun

tijdsrelatie

vast testellen.

Krachten dieeenrol

spelen

In

_{tegenstelling}

tot

bij

verharde_gesteentenwaarvooral

endo-gene processeneenrol

spelen bij vervormingen,

is het scalaaan processen

bij

onverharde sedimentenzeer breed.

_Endogene

processen

spelen

weliswaareen

rol,

maarexogene processen

zijn

veel

_{belangrijker.}

Daarnaast kunnen ook de zwaartekracht

(geen endogene

kracht in engere

zin),

astronomische krachten

(geen

exogene krachteninengere

zin)

eninternekrachteneen rol

_spelen.

Endogene

krachten die onverharde sedimentenvervormen

zijn goed

bekend

_(Allen,

1986).

Het

gaat

daarbij

vooralom

aardbevingen

die

massabewegingen

veroorzakenen om

breuk-vorming

in actieve slenken.

Bij

zwaartekracht_gaathetom het

wegzakken

van zwaar materiaal

_{(load casts)}

of het

_omhoog

komenvanlichter mate-riaal

_(diapieren).

Astronomische krachten

_zijn

nietvan

prak-tisch

_belang;

het _gaat

daarbij

o.a. om

inslagkraters

van meteorietenen

chondrieten,

althansvoor zoverdie ook onver-hard sediment deformeren.

_Wij

_{kennen daarvan geen}

beschrij-vingen

uit de

sedimentologische

literatuur.Dat is wel het

_geval

met structurendiedoor interne krachten

zijn

veroorzaakt,

bijv.

als

_gevolg

vanzich uitzettend materiaal(o.a.door

_aangroei

van

zoutkristallen).

De

exogene processen

zijn

het

belangrijkste: wind,

wateren

ijs

zorgen op tal van manierenvoor deformatiestructuren.

Hierbij

moetwel worden bedacht dateenexogene kracht vaak samengaatmeteenandere:eenindruk die wordt

achtergelaten

dooreen

regendruppel (vooral

bekend uit

woestijnafzettingen)

is

_bijv.

een

gevolg

van eenexogeen proces

(hagel)

in combina-tiemet

zwaartekracht;

de ’deuk’dieeenvulkanischebom in

een

aslaag geeft

is echterweer eencombinatievan een endo-geen proces

(vulkanisme)

en zwaartekracht.

Kortom,

een

goede

analyse

en classificatie van deformatiestructuren in onverharde

_afzettingen

is niet

_eenvoudig.

Processen dieeenrol

spelen

Krachten alleen

zijn

niet genoegom eendeformatiestructuurte veroorzaken:ermoetookeen

specifiek

procesaanten

grond-slag liggen.

Demeestrelevante processen die leidentot

versto-ring

vanonverharde sedimenten

_{zijn bioturbatie,}

temperatuur-schommelingen,

ijsbeweging,

migratie

van water of gas, atmosferische processen,

plotselinge belasting, compactie

en

massabeweging.

Bij

bioturbatie_gaathet _omstructuren die door

planten

of dieren worden

gemaakt.

Iedereen die

_{stratigrafisch}

onderzoek doet zal

bijv.

weleens fossiele

graafsporen

van wormen of

andere

_organismen

hebben

_gezien.

Een

bijzondere

vorm

zijn

destructuren die door de _mens,al dannietmet

behulp

van

gereedschap, zijn gemaakt.

Men

spreekt

in dat

_geval

ook wel van

anthropogene

structuren

(Fig. 4).

Bij temperatuurschommelingen

treden vooraldeformaties

opals die

schommelingen

rond het

vriespunt

van water op-treden,

bijv.

onder

_{periglaciale omstandigheden (Jahn, 1975).}

IJs zelf

_kan,

vooral

bij bewegende landijskappen, plooien

en andere deformaties gevenmet

amplitudes

vantientallenmeters

(Schwan

& Van

_Loon,

_1979;

Brodzikowski & VanLoon,

1985).

Ook

_{experimenteel}

is hieraan veel

gewerkt (o.a. Gripp,

1929).

Beweging

van lucht ofwaterineen

afzetting

leidt vaak tot structurendie opeenmicro-vulkaan

lijken (Fig. 1).

Datisdus heel anders danwanneerwaterof luchtdoor de atmosfeer in

beweging

wordt

_gebracht

_en,

_hetzij

zelf

_hetzij

via

meegevoerde

objecten,

het sediment deformeert.

Plotselinge belasting

treedt opwanneer

bijv.

eenblok

langs

een

helling

naarbeneden valt. Er is in het

algemeen

weinig

kans dat de resulterende deformatiestructuurbewaard

_blijft

Fig. 3

Gecompliceerde structuur met gedeeltelijk plastische deformatie,

gedeeltelijk

vervloeiing (AlmereMembervandeGroningen Forma-tie, Noordoostpolder).

Fig.4

Anthropogenebreccie in holocene kleien(Groningen Formatie)voor de kust bij Oostende (België), gevormd

bij

turfsteken

_tijdens

de

34

(erosie speelt

in zulke milieuseengrote

rol),

maardat kan wel

wanneer

bijv.

een brok uit de _oever

op een rivierbodem terechtkomtwaar netto-sedimentatie

optreedt.

Bij

deze

_{plotselinge belasting}

treedt

_compactie

_op. Is die

compactie

geen

gevolg

van een 'vreemd’ voorwerp,maarvan het

_{eigen gewicht}

vanhet

sediment,

dan zullen de deformaties vooral

_optreden

waar

inhomogeniteiten

in datsediment voor-komen die leidentotverschillende

_graden

van

compactie (bijv.

kleiom een

boomstronk; Fig. 5).

Bij massabewegingen, tenslotte,

wordt eerder

_afgezet

mate-riaal

_opnieuw

in

_beweging

_{gebracht waarbij}

de

oorspronke-lijke

structuur

geheel

kan

verdwijnen

door

_vervloeiing,

_maar

waarbij

ook nieuwe structuren kunnen ontstaan

(vooral

plooien) bij plastisch gedrag.

Zin van het onderzoek naar deformatiestructuren in onverharde sedimenten

Wat hierboven beschreven

_is,

vormt

_weinig

meerdaneen

vrij

theoretische

_beschouwing.

Die is echter

_nodig

om te weten waarover het _gaat. Pas wanneer

duidelijk

is waarover

gesproken wordt,

kanimmers aandacht worden besteedaan

analyse

en

interpretatie

van het

_{besproken verschijnsel.}

In de WTKG wordt vaak uiterst_nauwgezet

_{stratigrafisch}

onderzoek verricht met

_behulp

van fossielen. Die fossielen

helpen

meehet

_{afzettingsmilieu}

tereconstrueren. Het bestude-ren van sedimentaire structuren, inclusief

deformaties,

kan

daarbij

eveneens

behulpzaam zijn.

Bovendienkan

_analyse

van de deformatiessoms

helpen bij

eenonderscheidtussen autoch-toneen allochtone fossielen.

Wellichtzou meeraandachtvan de ledenvan de WTKG voor dit

_onderwerp

nieuwe

_{perspectieven}

bieden. Wanneer daarvoor voldoende interesse

_is,

zullen

wij

in komende num-mers van

'Afzettingen'

eenaantal deformatiestructurenmeerin detailonder de

_loupe

nemen enaangeven welkeconclusies uit hun

_aanwezigheid

_zijn

tetrekken.

Dankbetuiging

Deauteurs danken Elsevier’s Science Publishersvoorde

toe-stemming

om eenartikelvanhen dat eerder in

Sedimentary

Geology

werd

gepubliceerd

in bewerkte_{vorm over} tenemen.

Aangehaalde

literatuur

Allen, J.R.L. 1986

_Earthquake

magnitude-frequency,

epicentra! distance, and soft-sediment déformations in sedimentarybasins

-

Sedimentary Geology

46: 67-75.

Brodzikowski,K. & A.J.vanLoon 1985Inventoryof deformational structures as atooi forunravellingthe Qualernary geologyof glaciatedareas-Boreas 14:175-188.

Gripp, K. 1929

_{Glaziologische}

und

_geologische

Ergebnisse der hambergischen

Spitzbergen-Ekspedition

1927-

Abhandlungen

des

naturwissenschaftlichen VereinsHamburg22: 147-247.

Jahn, A. 1975 Problems of the

_periglacial

zone- PWN(Warszawa):

219 blz.

Kuenen, P.Ph. 1958

_Experiments

in geology- Transactions of the

Geological Society

ofGlasgow23: 1-28.

Leith,C.K.1923Structuralgeology HenryHolt(New York):390 blz.

Lyell,

Ch. 1841 Elements ofgeology,2nd ed. -_London,

Mills, P.C. 1983 Genesis and

_diagnostic

value of soft-sediment deformationstructures - _a review - Sedimentary Geology 35:

83-104.

Nagtegaal, P.J.C. 1963 Convolute lamination,

metadepositional

ruptures and

slumping

inanexposurenearPobladeSegur (Spain)

-

Geologie

en

Mijnbouw

42: 363-374.

Nagtegaal,P.J.C. 1965 Anapproximationtothegeneticclassification of

_{non-organic sedimentary}

structures-Geologie_en

Mijnbouw

44:

347-352.

Occhietti,S. 1973 Les structures etdéformationsengendréesparles

glaciers

- essai _{de mise au}point.I. Déformationset structures

glacitecloniques

- _Revue

Géographique

Montr.27: 365-380.

Pettijohn,

F.J. & Potter, P.E. 1964 Atlas and glossary ofprimary

sedimentary structures-Springer(NewYork):370 blz.

Schwan,J.& A.J. vanLoon 1979 Structural andsedimentological characteristics ofaWeichselian kameterraceat

_Sönderby

Klint, Funen,Denmark- Geologie_en Mijnbouw58: 305-319.

Sims,J.D. 1978Annotatedbibliographyof penecontemporaneous deformationalstructures insediments-United States

Geological

Survey OpenFileReport78-510: 79 blz.

VanLoon,A.J. & K. Brodzikowski 1987 Problems andprogressin the researchonsoft-sediment déformations

-Sedimentary

Geology 50: 167-193.

Fig.5

Deformatie t.g.v. differentiëlecompactievankleirondeenstuk hout (Almere MembervandeGroningen Formatie; Noordoostpolder).