GEOLOGIA ESTRUTURAL. Aulas 5 FRATURAS: JUNTAS E FALHAS. Prof. Eduardo Salamuni. (Arte: Acadêmica Marcela Fregatto) - PDF
GEOLOGIA ESTRUTURAL. Aulas 5 FRATURAS: JUNTAS E FALHAS. Prof. Eduardo Salamuni. (Arte: Acadêmica Marcela Fregatto)
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Luiz Fernando de Andrade Batista
1 GEOLOGIA ESTRUTURAL Aulas 5 FRATURAS: JUNTAS E FALHAS Prof. Eduardo Salamuni (Arte: Acadêmica Marcela Fregatto)
2 FRATURAS: JUNTAS INTRODUÇÃO Existem três caminhos deformações: pelos quais as rochas sofrem apresentam fluxo, quando as deformações são mais ou menos distribuídas no cisalhamento dúctil. dobram-se, flexionando as camadas, havendo encurtamento acentuado e deformação interna moderada. apresentam descontinuidades entre blocos adjacentes, ao longo de discretas superfícies ou zonas com pouca ou intensa deformação e/ou deslocamento entre os blocos. Tais descontinuidades são chamadas de FRATURAS.
3 Fraturas são juntas (diáclases) ou falhas Fraturas extensionais: o deslocamento é perpendicular à fratura (tensional) Fraturas de cisalhamento: o deslocamento é paralelo às fraturas (tipo transcorrente ou do tipo em tesoura)
4 Definições básicas Junta: fratura extensional natural Veio: fratura preenchida por precipitados minerais ou argila. Dique: fratura preenchida por rochas ígneas ou rochas sedimentares clásticas remobilizadas. Quartzitos do Grupo Açungui. Foto: E.Salamuni
5 Juntas são fraturas ao longo das quais não houve movimento. Família: conjunto de juntas paralelas ou subparalelas com padrão regular. Sistemas: quando ocorrem duas ou mais famílias de juntas estas compõem os chamados sistemas. A origem está ligada tanto a processos/esforços adiastróficos (primários), ou seja, não tectônicos (juntas de resfriamento, disjunção colunar no basalto, mud cracks), quanto diastróficos (secundários) juntas de origem tectônica, provenientes de uma estruturação regional.
6 Exemplos de juntas adiastróficas ou não tectônicas: intemperismo em corpos ígneos ou disjunção colunar em basaltos. Granito da Cadeia Alpina. Itália. Foto: L. Chavez-Kus
7 CLASSIFICAÇÃO GEOMÉTRICA a. Em relação às estrutura planares (acamamento, xistosidade, bandamento gnaissico), ocorrem (1) juntas direcionais ou paralelas à estrutura planar; (2) juntas de mergulho ou paralelas à direção de mergulho; (3) juntas horizontais ou concordantes a planos horizontais e (4) juntas diagonais ou oblíquas à direção da camada Dique no Complexo Atuba. Pedreira central. Foto: E. Salamuni
8 b. Em relação a eixos de dobras as juntas são classificadas como: - longitudinais ou paralelas ao eixo da dobra; - cruzadas ou aproximadamente perpendiculares ao eixo; - diagonais ou cruzadas transversalmente ao eixo.
9 c. Em relação à disposição espacial são - paralelas: paralelas entre si - concêntricas: típicas de área intrusivas. - radiais: associadas às concêntricas
10 d. Em relação ao espaçamento: distância entre as fraturas, medida perpendicularmente aos planos das mesmas, classificam-se de acordo com sua densidade: - muito denso distância é < 5 cm; - denso distância entre 5 e 30 cm. - regularmente denso distância entre 30 e 100 cm. - pouco denso distância entre 100 a 300 cm. - muito pouco denso distância é > 300 cm. Dique no Complexo Atuba. Pedreira Central. Foto: E. Salamuni
11 CARACTERIZAÇÃO Para a caracterização do estado de fraturas do maciço as juntas devem ser observadas quanto aos seguintes aspectos: qualidade da superfície de ruptura: lisa ou áspera geometria da superfície: planas ou curviplanares espaçamento: distância média entre as juntas abertura: distância de afastamento entre os blocos persistência: extensão, tanto na horizontal quanto na vertical alteração das paredes preenchimento por elementos de naturezas diversas. (é possível, p. ex., ser encontrados os seguintes produtos de preenchimento: pegmatitos ou soluções pneumatolíticas; veios de minerais metálicos ou soluções hidrotermais; veios de calcita calcedônia, limonita, ou outras soluções descendentes e diques magma inconsolidado).
12 Geometria, preenchimento e qualidade da superfície das fraturas Metassedimentos na Cadeia andina. Fotos: E. Salamuni
13 Geração de Veios Gnaisse no Complexo Atuba. Pedreira Maringá. Campo Largo (PR). Foto: E. Salamuni
15 ABORDAGEM GEOLÓGICA As juntas são utilizadas para definição do estado de fragmentação do maciço rochoso. Tal estudo prevê: definição de domínios homogêneos, ou seja, a área na qual um elemento se apresenta contínuo e sem variações significativas. levantamento sistemático em cada domínio. definição das famílias presentes e articulação. definição do bloco unitário e sua orientação.
16 Estado de fragmentação do maciço rochoso Diabásio no Domo de Monte Alegre (AM). Foto: E. Salamuni Definição da presença de famílias Gnaisse no Complexo Atuba. Pedreira Maringá. Campo Largo (PR). Foto: L. Chavez-Kus
17 Definição de blocos e domínios Gnaisse no Complexo Atuba. Campo Largo (PR). Foto: L. Chavez-Kus Formação de juntas em sistema de falhas normais, inversas e transcorrentes. Siltito-quartzito da Cadeia Alpina. Elba (IT). Foto: L. Chavez-Kus
18 IMPORTÂNCIA PRÁTICA DAS JUNTAS Nas escavações subterrâneas facilitam o desmonte mas impõem a necessidade de escoramento. Permitem a formação de aquífero, mas por outro lado permitem a infiltração de água em obras subterrâneas. Controlam mineralizações. Condicionam o relevo e a drenagem. Permitem a ação rápida da erosão, propiciando a mais rápida denudação do terreno. Na mineração auxiliam o desmonte de rocha, porém prejudicam a retirada de blocos intactos para uso como rochas ornamentais.
19 Fraturas como controle de drenagem Granito, Grupo Açungui. Foto: E. Salamuni Fraturas como facilitadores de desmontes rochosos Gnaisse no Complexo Atuba. Pedreira Maringá. Campo Largo (PR). Foto: E. Salamuni
20 Fraturas controladoras da fragmentação rochosa e facilitadoras de erosão Arenito Itararé. Vila Velha (PG). Fotos: E.Salamuni
21 CONDIÇÕES ESPECIAIS Fratura plumosa: formato em pluma devido à propagação da tensão de fratura
22 Junta plumosa. Foto anômima Junta plumosa em basaltos da Formação Serra Geral. Paraná PR).
23 Hidrofraturas: geração de fraturas em função da tensão hidrostática Granito Cunhaporanga, Abapã Castro (PR). Foto: E.Salamuni Isthmus Bay. Foto: autoria desconhecida
24 FRATURAS: FALHAS DEFINIÇÕES Falha é uma descontinuidade planar entre blocos de rocha, os quais apresentam movimentos relativos entre si. Uma falha é o resultado de extensão, distensão ou torção. Suas dimensões variam da escala mineralógica às escalas continentais (Ex. Falha da Lancinha, Falha de San Andreas). Zona de Falha: É uma região onde há vários planos de falhas paralelos ou entrelaçados (anastomosados). É frequente sua localização em zonas de deformação rúptil. a) Rúptil b) Rúptil-dúctil c) Dúctil-rúptil Relembrando os regimes de deformação. Fonte: Modificado de Ramsay & Hubber (1976) d) Dúctil
25 Relembrando...
26 MODELO DE ANDERSON (1942): aplicado em regiões homogêneas da crosta, geralmente nos níveis crustais superiores, tais como maciços, derrames vulcânicos, e extensas regiões de embasamento e
27 FALHAS PRESENTES NO MODELO DE RIEDEL - fratura de partição T: fratura de extensão ou distensão. - fratura de cisalhamento de RIEDEL (sintética ou R). - fratura de cisalhamento conjugada de RIEDEL (antitética ou R'). - fraturas de cisalhamento P e X (sintéticas secundárias) - fratura de cisalhamento Y ou D, que se forma paralelamente ao binário em casos extremos
28 CLASSES OU TIPOS DE FALHAS FUNDAMENTAIS (a) Normal (ou de gravidade) (b) Inversa (ou reversa) (c) Transcorrente (ou direcional) (a) (b) (c)
29 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE FALHAS Plano de Falha (PF) Capa ou Teto (hingwall): bloco situado sobre o plano de falha. Lapa ou Muro (footwall): bloco situado sob o plano de falha. Espelho de falha: superfície lisa, brilhante, normalmente cheia de estrias de atrito, situado no plano de falha. Traço ou linha de falha: a linha formada pela interseção do plano de falha (PF) com a superfície terrestre ou o plano horizontal (PH). Atitudes a. direção do plano de falha (PF) (strike); : ângulo de mergulho (dip) do plano de falha (PF) com relação ao plano horizontal (PH); b. rake ou pitch: ângulo de mergulho de uma estria de atrito (slickensides) contida no plano de falha; c. hade ( complemento do ângulo de mergulho ou ângulo entre o plano de falha e um plano vertical).
31 TIPOS DE MOVIMENTOS AO LONGO DAS FALHAS Dependendo da seção transversal feita no bloco rochoso, a relação entre dois blocos falhados pode apresentar movimentos diferentes do rejeito total real. Isto se aplica a quaisquer tipos de falhas. Os movimentos mais importantes são: a. Movimentos rotacionais: quando os blocos não se deslocam paralelamente. Um bloco tende a girar sobre o outro e as retas antes paralelas perdem essa condição após o movimento. Exemplos: falhas lístricas e falhas em tesoura. Falha em tesoura
32 b. Movimentos translacionais: se dão ao longo de linhas retas (as linhas que eram paralelas antes da ocorrência da falha continuam paralelas após o movimento). A distância entre duas partes comparáveis de um horizonte deslocado (veio ou camada) medida em um plano em qualquer direção é chamada de separação. Esses movimentos podem ser subdivididos em: Direcional dextrógiro: observador situado em qualquer ponto da linha de falha necessita voltar-se à direita para achar o horizonte (ou camada) que situa-se à suas costas. O movimento é horário (tem sido usada a palavra dextral para descrever tal movimento) Direcional sinistrógiro (ou levógiro): observador necessita voltar-se à esquerda. Movimento anti-horário (tem sido usada a palavra sinistral para descrever tal movimento). Separação horizontal Separação vertical
33 Movimento dextrógiro (ou horário) Movimento sinistrógiro (levógiro ou antihorário)
34 Separação horizontal Separação vertical
35 Cuidados com marcadores Quando os planos de referência apresentam mergulho é necessário um cuidado especial para que não haja confusão entre tipos diferentes de falhas
36 CLASSIFICAÇÃO DAS FALHAS (a) Quanto ao rejeito Os movimentos absolutos e relativos são caracterizados pelos rejeitos (slip), que são o produto de deslocamento relativo de pontos previamente adjacentes nos lados opostos da falha. É medido no plano de falha, determinando os componentes geométricos do deslocamento. Os rejeitos são caracterizados da seguinte forma:
37 a. Rejeito total (net slip): distância entre dois pontos deslocados no plano de falha. b. Rejeito direcional (strike-slip): medido paralelamente à direção do plano de falha. Rake = 00 c. Rejeito de mergulho (dip-slip): o rejeito medido ao longo da direção do mergulho do plano de falha Rake= 900 d. Rejeito diagonal: há uma componente de rejeito direcional e uma componente de rejeito de mergulho. e. Rejeito horizontal (horizontal slip): componente horizontal do rejeito total. f. Rejeito vertical (vertical slip): componente vertical do rejeito total. g. Mergulho do rejeito (total): ângulo medido entre o rejeito total e plano horizontal. h. Obliquidade (rake): ângulo medido entre a direção da falha e o rejeito total (medido no plano de falha). i. Obs. A classificação e a terminologia das falhas fundamentam-se na relatividade do movimento entre os blocos, pois o movimento absoluto é de difícil caracterização no campo.
38 (b) Quanto ao arranjo em conjunto Falhas paralelas: possuem direção e mergulhos iguais. Falhas paralelas Falhas radiais: irradiam-se de um ponto podendo constituir sistemas. Falhas circulares: exibem um padrão arqueado de falhas. Falhas radiais Falhas escalonadas (en échelon): falhas que se superpõem ou recobrem uma às outras Falhas escalonadas
39 (c) Quanto à orientação do elipsóide de tensão e a deformação no plano de falha O plano de falha (PF) contém estrias de atrito no plano de movimento (PM) que marcam a direção de transporte tectônico. Tais elementos são essenciais para a determinação do elipsóide de deformação, que é inversamente proporcional ao elipsóide de tensão.
40 Relembrando... a. Elipsóide de tensão: 1 faz ângulo teórico de 30o com o PF; 2 é perpendicular às estrias de atrito no PF; 3 situa-se no PM (perpendicular dos outros dois) TENSÃO 1 > 2 > 3 b. Elipsóide de deformação: X paralelo às estrias de atrito (contido no PF); Y perpendicular ao PF e às estrias de atrito (contido no PM); Z perpendicular às estrias de atrito e ao PM (contido no PF). DEFORMAÇÃO X > Y > Z
41 ELEMENTOS DE RECONHECIMENTO DE FALHAS: CRITÉRIOS GEOLÓGICOS Falhas podem ser visualizadas em excelentes exposições naturais, mas na maioria das vezes não são observadas diretamente. Nesse caso são inferidas a partir de elementos estruturais observados em afloramentos ou descontinuidades geológicas, em zonas não expostas, que constituem a expressão da falha na superfície. Alguns exemplos de elementos são os seguintes: Espelho de falha: superfície lisa, em geral escura vítrea ou brilhante que contém as estrias de atrito Estrias de atrito (slickensides) Presença de cataclasitos, gouges ou profusão de veios de quartzo Mudança brusca de litotipos Mudança brusca de estilo estrutural Mudança brusca de fácies (metamórficas ou sedimentares)
42 Exemplo de espelho de falha, estrias de atrito (slickensides) e steps Gnaisse do Complexo Atuba - Campo Largo (PR). Pedreira Maringá. Foto: E. Salamuni Gnaisse do Complexo Atuba - Campo Largo (PR) Pedreira Central. Foto: E. Salamuni Metacalcário do Grupo Açungui. Foto: E. Salamuni
43 Outros exemplo de espelho de falha, estrias de atrito (slickensides) e steps Tectonito com estrias e steps Montanhas Rochosas - Canadá. Foto: Dandara Salvador Sill de diabásio, UHE Mauá Telêmaco Borba (PR). Foto: E. Salamuni
44 Exemplo de mudanças brusca de fácies sedimentares Calcário da Cadeia Alpina. Apeninos, Vieste (Itália). Foto: L. Chavez-Kus
45 Ocorrência de profusão de veios de quartzo paralelos entre si Veios em metassedimentos da Formação Capiru, Grupo Açungui Colombo (PR). Foto: E. Salamuni Zona de Cisalhamento Curitiba. Foto: E. Salamuni
46 Exemplo de mudança brusca de litotipos e/ou de fácies metamórficas Mapa geológico do leste do Paraná, mostrando alinhamentos estruturais que (traços contínuos em preto) que caracterizam falhas que colocam lado a lado unidades geológicas com fácies metamórficas e (meta)sedimentares diferenciadas. Fonte: Modificado de Campanha et. al (1987)
47 Grandes alinhamentos regionais / alinhamentos de bacias Mapa de alinhamentos estruturais e principais bacias tafrogênicas do sudeste e sul do Brasil (Rifte Serra do Mar) (Salamuni, 1998, modificado de Almeida e Hasui, 1976)
48 Contato entre zonas homólogas diferentes Foto aérea da porção oeste do Pré-Cambriano do Paraná (Campo Largo PR). Interpretação por E. Salamuni
49 Truncamento de estruturas (por exemplo, marcas onduladas como na foto ao lado) Ocorrência de dobras de arrasto Repetição ou omissão de camadas Metamorfismo dinâmico ou cataclástico (lato sensu) com geração de produtos litológicos ou tectonitos gerados por falhas (brechas, por exemplo) Fluxo dúctil intenso: migmatização Siltitos, Formação Alter do Chão, Domo de Monte Alegre (AM). Foto: E. Salamuni
50 Repetição de camadas Calcário da Cadeia Alpina. Apeninos, Vieste (Itália). Foto: L. Chavez-Kus
51 Geração de tectonitos rúpteis (inclusive brechas) Brechas em quartzito da Cadeia Alpina Apeninos, Elba (Itália). Foto: L. Chavez-Kus Brecha em gnaisse do Complexo Atuba Vale do Ribeira. Fotos: E. Salamuni
52 Dobras de arrasto geradas em cinturões de cisalhamento rúptildúctil Mármore do Grupo Açungui. Itaperuçu (PR) Foto: E. Salamuni Gnaisse na Cadeia Andina. Foto: E. Salamuni
53 Geração de tectonitos dúcteis Gnaisse do Complexo Atuba. Curitiba (PR), Pedreira Boa Vista - Foto: L. Chavez-Kus
54 ELEMENTOS DE RECONHECIMENTO DE FALHAS: CRITÉRIOS GEOMORFOLÓGICOS Deslocamentos de serras Desvios e anomalias no padrão de drenagem Facetas trapezoidais ou triangulares Presença de escarpas Montanhas rochosas Foto: autoria desconhecida
55 Tipos estruturados de padrões de drenagem, que são controladas por falhas:
56 Facetas triangulares e/ou trapezoidais Wasatch Montains, Central Utah
57 Presença de escarpas
58 Morfoestruturas diferenciadas em escarpas de diferentes naturezas
59 Estruturas em grande escala Fonte:
60 MÉTODOS DE ANÁLISE DE PLANOS DE JUNTAS E FALHAS Os métodos de análises mais comuns para a determinação de padrões de fraturas utilizam como ferramenta o Diagrama de Rosetas (ou de Rosáceas), o Diagrama de Schmidt-Lambert, as Técnicas de Arthaud e dos Diedros Retos. No diagrama de rosetas é necessário estar atento ao fato de que neste tipo de análise as famílias de fraturas só estão representadas pela sua direção, não importando neste caso o mergulho das estruturas planares. Trata-se de um semicírculo, subdividido de 10o em 10o, semelhante a um transferidor. A linha N-S, coincide com o retículo do 0o (zero graus), já a linha E-W, coincide com o retículo de 90o. Subdivide-se o semicírculo em dois quadrantes: NW (0o a 90o W) e NE (0o a 90o E).
61 A linha E-W é subdividida em porcentagens. A escala varia de 0 a 100% (10 em 10%), tanto para W quanto para E, a partir do centro da linha, ou então poderá ser subdividida pela quantidade máxima de atitudes de fraturas para uma dada direção qualquer. Assim, conta-se a quantidade de fraturas de uma determinada área e calcula-se a porcentagem de fraturas direcionadas em um mesmo sentido. Por exemplo: se a quantidade de fraturas de uma área é 100 e 40% das mesmas estão direcionadas entre N20 e 30E, assinala-se uma fatia, que sai do centro do diagrama, entre os traços 20o e 30o até um semicírculo auxiliar que corresponde ao valor de 40%.
62 Diagrama de Schmitd-Lambert: análise espacial de fraturas, por meio da utilização da direção e do mergulho dos planos. É possível realizar uma estatística gráfica com os dados e definir a concentração máxima que representará o plano de fratura médio (ou mais representativo) para o maciço analisado. Fonte: adaptado de E. Salamuni (1998)
63 Técnicas de Arthaud e dos diedros retos: análise espacial das fraturas, utilizando-se tanto a atitude da direção quanto os mergulhos dos planos. Neste caso também se utiliza de estruturas secundárias tais como as estrias (slickensides) presentes no plano de falha, bem como indicação do sentido de movimento. Fonte: adaptado de Angelier & Mechler (1977) Fonte: E. Salamuni (1998)
Aula 6 RELEVOS TECTÔNICOS
NEOTECTÔNICA E MORFOTECTÔNICA Aula 6 RELEVOS TECTÔNICOS Prof. Eduardo Salamuni INTRODUÇÃO A paisagem atual que define a superfície do planeta é resultante da tectônica global e dos processos climáticos