9 vinemática e paleoesforços

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em regime ruptil Nos capítulos anteriores, vimos que há uma relação próxima entre esforços e fa- lhamentos, considerando, por exemplo, o regime de esforços tectônicos de An- derson. Deve ser possível descobrir algo sobre o campo de esforços no momento do fraturamento e falhamento com base na orientação e na natureza das falhas e fraturas. Estudos desse tipo são denominados análise de um campo de estudo que parte de diversas hipóteses. Apesar disso, em muitos casos a análise de chega a resultados razoáveis, o que pode ser verificado ao cruzarmos informações de diferentes fontes. o dado fundamental da análise de são as observações cinemáticas das falhas em campo. As estruturas mais relevantes e as bases da análise de em regime rúptil são apresentadas resumidamente neste capítulo.248 Geologia Estrutural 9.1 Critérios cinemáticos esse motivo, deve-se combinar o maior número pos- vetor verdadeiro de deslocamento finito em uma sível de critérios cinemáticos para a análise cinemá- superfície de falha pode ser encontrado direta- tica de falhas. mente onde um ponto na capa puder ser conectado a um ponto originalmente contíguo na lapa. Esses 9.1.1 Crescimento de minerais e estilolitos pontos podem ser charneiras de dobras ou outras As superfícies de falha nunca são estruturas perfei- estruturas lineares que tenham sido interceptadas tamente planas, e indicadores cinemáticos relevan- pelo plano de falha. tes podem ser encontrados onde há irregularida- Infelizmente, pontos como esses raramente são des na geometria dessas superfícies. Onde uma irre- encontrados. Na maioria dos casos, ficamos satisfei- gularidade causa contrações locais, como em uma tos se for possível correlacionar camadas ou refleto- inflexão contracional (Fig. 9.1), podemos encontrar res sísmicos entre os blocos falhados. Se a superfí- estruturas como estilolitos (Fig. 9.2) e "clivagens". cie da falha estiver exposta em afloramento, pode- Inflexões com outra orientação, como na parte es- mos usar as estrias (lineações) para estimar a orien- querda da Fig. 9.1, podem causar extensão e aber- tação e comprimento do vetor de deslocamento. tura de vazios, onde ocorre o crescimento de mine- Em geral, considera-se que as estrias indiquem a rais. Um estudo da relação entre geometria da su- direção do rejeito. Entretanto, pode ser que elas re- perfície de falha e ocorrência de estruturas contra- velem apenas a parte final da história de deforma- cionais versus extensionais pode revelar o sentido ção, ou seja, os últimos rejeitos, e que as lineações do rejeito com alto grau de certeza. relacionadas aos episódios anteriores de rejeito te- nham sido obliteradas ou destruídas. Portanto, é ne- cessária uma busca cuidadosa por lineações múlti- Minerais Estilolitos plas, sobrepostas, quando se faz a análise de dados de rejeito em campo. Fig. 9.1 Irregularidades no plano de falha criam degraus onde pode haver crescimento de minerais ou estruturas de encurtamento (estilolitos). A localização dessas estruturas UMA LINEAÇÃO EM UMA SUPERFÍCIE DE DESLIZAMENTO em relação à geometria local da falha fornece informações PODE REPRESENTAR APENAS ÚLTIMO DE MUITOS EVEN- confiáveis sobre o sentido do rejeito TOS DE DESLOCAMENTO, E NÃO É NECESSARIAMENTE PA- RALELA AO VETOR DE DESLOCAMENTO TOTAL (FINITO). 9.1.2 Fraturas subsidiárias As pequenas fraturas que se desenvolvem ao longo Por vezes, não é possível correlacionar a estrati- de uma falha podem apresentar um arranjo geomé- grafia ou os marcadores horizontais entre um lado trico que indica a direção do rejeito da falha. Essas e outro da falha. Nesse caso, não temos informa- pequenas fraturas recebem diferentes nomes, de- ções sobre as dimensões da falha (a largura da zona pendendo de sua atitude e cinemática. A Fig. 9.3A de dano e do núcleo da falha podem nos dar uma mostra as diferentes categorias de fraturas em uma estimativa) e talvez nem saibamos se os movimen- seção perpendicular ao plano principal da falha e tos da falha foram reversos ou normais, sinistrais paralela à direção do rejeito (plano M). Fraturas T ou destrais. A lineação na superfície de falha é útil, é o nome geralmente dado a pequenas fraturas ex- mas precisamos de mais critérios sistemáticos para tensionais nesse contexto. Elas podem ser vazias, determinar o sentido do rejeito. Tais critérios exis- mas comumente são preenchidas por quartzo ou tem, ainda que muitos tendam a ser ambíguos. Por carbonatos e não apresentam estrias. A orientação9 CINEMÁTICA E PALEOESFORÇOS EM REGIME RÚPTIL 249 trutura subordinada. Os critérios T abrangem as fra- turas extensionais (T) que intersectam a superfície de falha estriada (M). Em seção geológica, T e M tendem a formar um ângulo agudo de que aponta para a direção do rejeito (Fig. 9.3A). As podem também ocorrer como estru- Estilolitos turas curvadas que apontam para a direção do re- jeito (Fig. 9.3B). Estas lembram estruturas erosivas (chatter marks) causadas por geleiras, quando gran- des blocos de quartzito ou granito são arrancados Fig. 9.2 Falhas com um componente de encurtamento pelo gelo. através de sua superfície podem resultar em dissolução por Os critérios P são dominados por fraturas P e compressão e formação de estilolitos em calcários e mármores. Podem-se formar estruturas estilolíticas lineares, podem ocorrer junto com fraturas T (Fig. 9.3C). As denominadas eslicolitos (slickolites), criando lineações superfícies P podem ser polidas ou estriadas, e ca- paralelas à direção de deslocamento racterizam-se por baixo ângulo com M. As situa- ções em que ondulações da superfície principal de das fraturas T em relação à superfície de desloca- rejeito criam um padrão sistemático com estrias mento principal ou média (superfície M) caracteriza nas faces contracionais (frontais ao deslocamento) o sentido do rejeito. As fraturas T têm mergulho e sem estrias nas faces extensionais (Fig. 9.3D) tam- tipicamente de 45° na direção do rejeito, em relação bém podem ser consideradas como um critério P. a uma superfície M horizontal (Fig. 9.3A,C). Os critérios R, que são os critérios cinemáticos Um conjunto de fraturas de cisalhamento, co- mais usuais, são baseados no ângulo agudo entre nhecidas como fraturas P, é visível em alguns casos, R e M (Fig. 9.3F,G). As linhas de intersecção entre com mergulho na direção oposta. Se M for horizon- R e M têm ângulos altos (próximos a 90°) em rela- tal, essas fraturas têm baixo ângulo com M e corres- ção às estrias em M; essas estruturas lineares re- pondem a falhas "reversas" ou "de cavalgamento" tas (Fig. 9.3F) ou curvas (Fig. 9.3G) são comumente de baixo ângulo. Nessa situação, as fraturas de ci- denominadas chatter marks. As falhas com peque- salhamento de Riedel ou fraturas R representam nos rejeitos podem não ter desenvolvido um plano falhas "normais" de baixo ângulo, enquanto as fra- contínuo de cisalhamento ou superfície M, nesse turas R' correspondem a falhas reversas antitéticas caso, pode haver um arranjo en echelon de fraturas em alto ângulo com M. As fraturas de Riedel ten- R (Fig. 9.3H) e, em alguns casos, de fraturas R'. As dem a ser mais comuns que as R' ou P, mas todos fraturas R estão agrupadas e as estrias são pouco os tipos podem coexistir, e suas relações cinemáti- desenvolvidas. cas locais e suas posições em relação a M revelam o sentido de movimento da estrutura principal. As 9.1.3 Arrancamento (ploughing), estruturas T são, provavelmente, as mais confiáveis crescimento de minerais e espelhos de todas, por serem mais facilmente identificáveis de falha entre as diversas fraturas de cisalhamento. As asperezas ou objetos relativamente mais resis- geólogo francês Jean-Pierre Petit classificou as tentes (fragmentos de rochas, seixos ou grãos de várias estruturas que podem ocorrer em superfícies minerais mais resistentes) em um dos lados do de falha em critérios T, P e R, em que as letras plano de falha podem escavar ranhuras ou estrias maiúsculas indicam o elemento dominante na es- na parede do bloco oposto. Os materiais que estão250 Geologia Estrutural A Critérios T C Critérios P Fig. 9.3 Critérios cinemáticos ao longo de uma falha com fraturas subordinadas ou irregularidades. É usada a B D nomenclatura geral de fraturas em um sistema de R' cisalhamento (R, R', P, T e R significa fraturas de Riedel; T E P, fraturas de cisalhamento; T, R P M fraturas extensionais; M, superfície média de rejeito (falha). A identificação dos Chatter marks tipos de fraturas subordinadas F (retilíneas) Critérios R pode auxiliar na interpretação dos movimentos de falhas Chatter marks G R Fonte: baseado em Petit (1987). (em meia-lua) M H M R R R' Depressão na trajetória desses objetos são empurrados para o Clasto tectônico lado enquanto uma cavidade em forma de meia- -lua é aberta e, em geral, preenchida com material oriundo do bloco oposto. Uma crista (ou ranhura, dependendo do ponto de vista) pode, em alguns ca- ser encontrada à frente do objeto (Fig. 9.4). Tais lineações são, por vezes, denominadas lineações de ranhura e crista. As cavidades em forma de meia-lua evoluem Crista para ranhuras cujo comprimento corresponde ide- almente ao deslocamento do objeto mais resistente em relação à superfície. Pelo menos é isso que gos- Fig. 9.4 Asperezas pontiagudas ou clastos tectônicos taríamos que ocorresse. Mas há muitos exemplos situados em uma superfície de falha podem formar de rejeitos de escala centimétrica que formam es- depressões em um bloco e cristas no bloco oposto. As trias de comprimento decimétrico ou mesmo mé- lineações desse tipo são de ranhura e crista trico. Portanto, deve haver outros processos ocor- rendo além da simples escavação da ranhura. Uma que o rejeito se acumula. Isso pode resultar em es- possibilidade é que algumas dessas estrias sejam trias longas e bem desenvolvidas, formadas em re- enrugamentos, e não simplesmente ranhuras ge- jeitos muito pequenos (em escala centimétrica ou radas por fricção. Estas são estruturas lineares for- mesmo milimétrica). Portanto, as estruturas de en- madas nos estágios iniciais do crescimento de fra- rugamento de falhas não refletem necessariamente turas e podem ser polidas e estriadas à medida a magnitude do rejeito no plano. As estrias são ti-9 CINEMÁTICA E PALEOESFORÇOS EM REGIME RÚPTIL picamente (mas não exclusivamente) encontradas 9.2.1 Conjuntos de falhas conjugadas em superfícies polidas denominadas espelhos de Um caso simples de deformação é a deformação falha, onde são denominadas estrias de atrito (slic- plana (plane strain), expressa em termos de sis- kenlines). temas conjugados de falhas. Como mostrado na Além de estrias friccionais, pode ocorrer a cris- Fig. 9.5 para os três regimes tectônicos principais, talização de minerais no lee side das rugosidades um sistema conjugado tem dois conjuntos de fa- (irregularidades), o que marca o sentido do rejeito. lhas com mergulhos opostos, onde as lineações Quando os minerais se cristalizam como fibras, a são perpendiculares à linha de intersecção das orientação das fibras tende a ser próxima à direção falhas. sentido do rejeito é complementar nos do rejeito. Com frequência percebe-se que os mine- dois conjuntos e o ângulo entre os dois conjuntos rais precipitados nas superfícies de deslizamento deve ser constante. De acordo com o critério de de falhas são, em seguida, afetados por novos episó- fraturas de Coulomb, que prevê que o ângulo das dios de rejeito. Portanto, é comum observarmos slic- falhas e fraturas de cisalhamento com O1 seja kenlines formadas sobre um preenchimento mineral controlado pelo atrito interno da rocha, o ângulo deformado em planos de falha. As lineações relaci- entre os dois conjuntos deve ser consistente com onadas a fraturas serão discutidas posteriormente as propriedades mecânicas da rocha (e a pressão (Cap. 13). de fluidos nos poros) no momento da deformação. Mais importante, os conjuntos conjugados devem 9.2 Esforços de falhas desenvolver-se simetricamente em torno dos es- As descrições de falhas para análise de forços principais, seja em falhas normais, reversas ços devem incluir a direção e o mergulho da falha ou transcorrentes (Fig. 9.5). De acordo com a teoria no local, a orientação da lineação (usualmente dada de falhamento de Anderson (seção 5.6), a direção por sua obliquidade, denominada rake ou pitch) e do rejeito ou da lineação deve ocorrer segundo o o sentido de movimento. Quando os dados são co- mergulho (falhas normais ou reversas) ou segundo letados em uma população de falhas, em princí- a direção (falhas transcorrentes). Portanto, as falhas pio é possível obter informações não apenas so- conjugadas e suas estrias revelam a orientação dos bre a deformação, mas também sobre a orientação esforços principais. dos esforços principais (O1, O2, e suas magni- tudes relativas (ou seja, a forma do elipsoide de Os EIXOS DE ESFORÇOS MÁXIMOS PRINCIPAIS ESTÃO NA esforços). Os métodos de avaliação de BISSETRIZ AGUDA DO ÂNGULO ENTRE AS FALHAS CONJU- dependem de diversas considerações a priori. GADAS. A mais básica delas é que as falhas analisadas te- nham se formado em um mesmo campo de esfor- Em alguns casos, podemos perceber que os es- Além disso, as rochas são consideradas homo- forços principais têm desvios a partir das direções gêneas, a deformação é considerada como relativa- horizontal ou vertical previstas por Anderson, que mente baixa e as estruturas não foram rotaciona- podem indicar que a área foi basculada depois da das desde a sua formação. deformação ou que o campo de esforços foi rota- cionado ou refratado através do maciço rochoso. GRUPOS DE PEQUENAS FALHAS EM ÁREAS LIMITADAS (UM Como mencionado no Cap. 6, desvios como esses AFLORAMENTO OU UMA PEDREIRA) PODEM SER ANALISA- podem ocorrer próximo a grandes falhas ou zonas DOS PARA A RECONSTRUÇÃO DO CAMPO LOCAL DE PALEO- de fraqueza. ESFORÇOS. Dois conjuntos conjugados de falhas indicam o plano de deformação (Fig. 9.6A,B), e os eixos de de-252 Geologia Estrutural A D O2 B Z E Z O3 Normal X O2 X Y C Y F X=Y O2 Reversa X X O3 Direcional Z Z Fig. 9.5 Fraturas de cisalhamento conjugadas e sua relação O2 com os esforços, de acordo com as condições de Anderson para a deformação plana. ângulo agudo é bissectado por Fig. 9.6 Um par simples de fraturas conjugadas de rejeito de O1, e as duas fraturas se intersectam ao longo de O2 mergulho (A-C) formado por deformação plana, além de conjuntos múltiplos produzidos por deformação 3-D (D-F). formação são encontrados ao lançarmos os conjun- padrão mostrado em (E) é denominado ortorrômbico, em tos de falhas em estereogramas (Fig. 9.6C). A ori- razão do seu grau de simetria. Em casos ideais, os esforços entação dos eixos de esforços principais pode ser principais (setas vermelhas) e a deformação são paralelos inferida com base nas hipóteses de reologia isotró- pica, de orientação constante do campo de esforços ções variáveis de esforços, o que produz arranjos e de rotação desprezível dos blocos falhados. De mais complicados do que o padrão conjugado sim- fato, podemos traçar um paralelo com os conjuntos ples. Se há uma população complexa de fraturas ou conjugados vistos em experimentos de Mecânica falhas, cujos elementos estruturais tenham ampla das Rochas e sua relação angular com os esforços faixa de atitudes, como essa população responderia principais. a um novo campo de esforços? Em outros casos, os sistemas de falhas podem Claramente, algumas falhas seriam reativadas e conter mais de dois conjuntos conjugados. Um caso outras não. Apresentamos um exemplo similar na simples é mostrado (Fig 9.6D,E), onde dois pares Fig. 7.22, na qual uma discreta foliação foi reativada de fraturas geneticamente relacionadas dentro de uma certa faixa de atitudes. Agora esta- Esse arranjo é considerado como ortorrômbico, mos tratando de uma população de elementos frá- com base em seus elementos de simetria. Uma geis e pretendemos definir a direção e o sentido do vez mais, os eixos de deformação são facilmente rejeito. Uma previsão desse tipo não é trivial, mas encontrados a partir de estereogramas, e os eixos podemos fazer algumas considerações. de esforços podem ser inferidos (Fig. 9.6F). A hipótese mais evidente é que as falhas ou fra- turas perpendiculares a um dos três esforços prin- 9.2.2 Populações complexas de falhas cipais não apresentarão rejeitos. Isso é evidente, Conjuntos de falhas conjugadas são encontrados porque não há componente de cisalhamento nessa em rochas que passaram por uma única fase de situação = 0). Em qualquer outra orientação deformação rúptil. Em muitos casos, os padrões de Os # 0, o deslizamento friccional (rejeito) irá ocorrer fraturas indicam que houve reativações sob condi- se Os exceder a resistência de atrito.9 CINEMÁTICA E PALEOESFORÇOS EM REGIME RÚPTIL 253 Parece razoável considerar que o rejeito em uma dos de uma população de falhas. Para isso, usamos superfície ocorrerá na direção de máximo esforço a seguinte razão de esforços: de cisalhamento resultante. Se o esforço máximo de cisalhamento estiver na direção do mergulho, (9.1) teremos falhas normais ou reversas; se ele for ho- rizontal, teremos falhas transcorrentes. Qualquer onde 1. A razão também pode ser in- outra situação resulta em falhas de rejeito oblíquo. dicada por R (note que alguns autores definem R Essa proposição é conhecida como hipótese de Wal- como = 0 em um elipsoide de esforços pro- lace-Bott: lato, onde O2 O3 (compressão uniaxial). Por sua vez, implica que O1 = O2, e o elipsoide é oblato (tração uniaxial). Usamos a razão para expressar o REJEITO EM UMA FRATURA PLANA PODE SER CONSIDE- tensor de esforços, que, no sistema de coordenadas RADO PARALELO AO MÁXIMO ESFORÇO DE CISALHAMENTO definido pelos esforços principais, é expresso como: RESULTANTE. 0 0 0 O2 0 (9.2) Nesta hipótese, considera-se que as falhas se- 0 0 O3 jam planas, que os blocos sejam rígidos, que a ro- tação dos blocos seja desprezível e que as falhas Um componente de esforço isotrópico pode ser sejam ativadas durante uma única fase de deforma- adicionado ao tensor de esforços e os componentes ção sob um campo de esforços uniforme. É claro podem ser multiplicados por uma constante sem que estas são condições ideais. A de fa- mudar a orientação e a forma do elipsoide de esfor- lhas, por exemplo, pode causar perturbações locais ços. Um tensor de esforços que contenha informa- no campo de esforços. Por outro lado, observações ções sobre a forma e a orientação do elipsoide de empíricas e modelos numéricos sugerem que os esforços, mas não sobre a magnitude absoluta dos desvios são relativamente pequenos na maioria dos esforços principais, é denominado tensor reduzido casos, o que indica que a hipótese de Wallace-Bott é de esforços, que é aqui expresso em termos de duas razoável. A partir dessas considerações simples, po- constantes, k e onde e demos medir uma população de falhas em termos das atitudes de seus planos de falha, de suas linea- O1 + 0 100 ções e do sentido de rejeito, e usar esses dados para 0 O2 + 0 = (9.3) calcular a posição e o tamanho relativo dos eixos 000 de esforços. Os métodos usados para esse fim são conhecidos como inversão de esforços ou técnicas Adicionar a constante a cada um dos esforços de inversão de rejeito de falhas. principais equivale a adicionar um esforço isotró- pico. Além disso, multiplicar os eixos pela cons- tante k significa contrair ou inflar o elipsoide de 9.2.3 Paleoesforços a partir de inversão de esforços, mantendo sua forma. rejeito de falhas Enquanto o tensor total de esforços possui seis Enquanto os valores absolutos dos esforços princi- variáveis, o tensor reduzido contém apenas quatro pais, na maioria dos casos, não podem ser obtidos, variáveis, representadas por e pela orientação dos sua magnitude relativa, ou seja, a forma do elip- esforços principais. Ou seja, o tensor reduzido de soide de esforços pode ser estimada a partir de da- esforços nos dá a orientação e a forma do elipsoide254 Geologia Estrutural A N de esforços. Discutimos como os esforços influen- ciam o rejeito em fraturas, causando rejeito na dire- ção de máximo esforço cisalhante resultante, mas o caso inverso é mais relevante na análise de pa- leoesforços, onde o tensor (reduzido) de esforços é calculado a partir dos dados de rejeito. POR MEIO DA INVERSÃO DO REJEITO DE FALHAS, BUSCA- B MOS RECONSTRUIR A ORIENTAÇÃO E A FORMA DO ELIP- SOIDE DE ESFORÇOS COM BASE EM DADOS MEDIDOS DE O3 REJEITOS DE Como o tensor reduzido de esforços possui qua- O2 tro variáveis, necessitamos dados de pelo menos C quatro planos de falha para calculá-lo. O tensor que se ajusta a todos os dados é o tensor que estamos buscando. Entretanto, devido a erros nas medidas, deflexões locais dos esforços, rotações etc., busca- mos um tensor que melhor se ajuste aos dados de rejeitos de falhas. Coletamos, portanto, dados de mais de quatro planos de falhas, em geral entre 10 e 20. Isso fornece muito mais equações que variáveis, O3 O2 e um modelo estatístico é aplicado para minimizar Fig. 9.7 (A) Dados medidos de falha, indicados pelos os erros. grandes círculos (planos de falhas) e pelas setas (lineações), Os cálculos são feitos por um programa com- em um diagrama de hemisfério inferior de igual área. (B) putacional de inversão de esforços; há vários pro- Esforços principais calculados pela inversão de esforços. gramas desse tipo disponíveis. Os resultados são (C) Os dados lançados no diagrama adimensional de Mohr, apresentados em estereogramas, que mostram as indicando os valores relativos dos esforços principais orientações dos eixos de esforços principais, e em diagramas adimensionais de Mohr, que indicam os Uma forma geométrica de definir os esforços a tamanhos relativos dos esforços principais (Fig. 9.7). partir dos dados de rejeito de falhas é a constru- Durante os cálculos do tensor reduzido de esfor- ção de diagramas de tangente de lineação (Fig. 9.8). ços, pode haver dados que não se encaixem no Isso pode ser feito lançando-se cada plano de falha modelo. Esses dados são tratados separadamente, e sua lineação, o plano M, que contém o polo do para avaliar se eles definem um segundo tensor plano de falha e da lineação, e traçando-se uma que possa ser relacionado a outro evento tectônico. seta tangente ao plano-M nesse polo. A direção da Um modo diferente e, em geral, mais seguro de seta reflete o movimento da lapa em relação à capa. distinguir entre é o uso de critérios Quando superfícies de falha de atitudes diferentes de campo, tais como relações de e fa- são lançadas (Fig. 9.9), o padrão resultante pode re- ses minerais características presentes nos planos tanto as orientações como as magnitudes rela- de falha. tivas ) dos eixos dos esforços principais 9.10).9 CINEMÁTICA E PALEOESFORÇOS EM REGIME RÚPTIL 255 A Pitch Lineação N (estrias) Plano M N Plano de rejeito O3 B N Rejeito Fig. 9.9 Diagrama de tangente de lineação para dados de falhas de gnaisses do embasamento a oeste de Bergen, na Polo do Pitch Plano M Noruega. O1 pode ser definido, mas o valor de que, a plano de rejeito princípio, seria obtido ao se comparar esta figura com a Lineação próxima, é mais difícil de ser obtido. Essa é uma situação bastante comum e ocorre, em parte, por causa das variações limitadas das atitudes de falhas Plano de rejeito quando se trabalha com conjuntos de dados reais, Fig. 9.8 (A) Esquema do pitch medido em um plano de falha especialmente conjuntos de dados de rochas sub- e (B) lançado em um estereograma (hemisfério inferior, igual metidas a deformações polifásicas. Essa projeção também mostra como a tangente da A análise de necessita ser tratada lineação é encontrada para um plano de rejeito conhecido com cuidado por vários motivos. Um deles é o fato (como mostrado em (A)) e sua lineação (estria), ao lançarmos, de que ela depende da nossa capacidade de identi- no diagrama, um plano (plano de movimento ou plano M) que ficar populações de falhas formadas em um campo contenha a lineação e o polo do plano de rejeito. A tangente de esforços que tenha sido constante durante a his- da lineação (seta vermelha) é a seta tangente ao plano M no polo do plano de rejeito. Sua direção descreve o movimento da tória do falhamento. Outro ponto é que o campo lapa em relação à capa; nesse caso, houve um movimento de esforços tenha sido uniforme no local de estudo. normal, em que a lapa se moveu para cima e para oeste Sabemos que a interação de falhas e a estratificação mecânica tendem a perturban o campo de esforços e, portanto, os modelos calculados são apenas apro- Programas como FaultKin podem ser usados para ximações. Os produtos da análise de lançar em diagramas os dados coletados em campo, devem ser interpretados considerando-se essas li- mas é importante sabermos como esses programas mitações e circunstâncias adicionais específicas de processam os dados. cada local. Muitos dados de falhas com atitudes variadas são necessários para obter-se bons resultados. No 9.3 Uma abordagem cinemática para exemplo da Fig. 9.9, a distribuição dos dados não é dados de rejeito de falha consistente o bastante para definir as magnitudes método de modelagem de base- relativas dos esforços, o que é uma situação comum ado na inversão de rejeitos de falhas relaciona es-256 Geologia Estrutural B A 09 CINEMÁTICA E PALEOESFORÇOS EM REGIME RÚPTIL 257 A eixos de deformação encontrados por esse método são muito próximos aos eixos de esforços definidos pelo método da inversão de rejeitos, descrito na se- ção anterior. método cinemático também consi- 45° dera um campo de deformação uniforme e depende T da separação correta dos dados de rejeitos produzi- dos em diferentes fases de deformação. 9.4 Estruturas contracionais e extensionais Plano complementar de falha Enquanto a análise de dados de rejeito é feita em B fraturas de cisalhamento e de falhas, as estruturas contracionais e extensionais também são úteis em Movimento da lapa e lineação considerações sobre os esforços e as taxas de de- formação. As estruturas contracionais, também P como anticracks, são encontradas como su- 45° 45 turas de dissolução em estilolitos em rochas defor- madas de modo rúptil. Em geral, essas estruturas Plano de falha representam deformação de pequena magnitude, com rotação pequena ou ausente. Portanto, uma co- C nexão próxima entre os eixos de esforços e de de- formação pode ser esperada. mesmo aplica-se às Y estruturas extensionais de baixa deformação, como veios e juntas. Os INDICADORES DE PALEOESFORÇOS DEVEM REGISTRAR DEFORMAÇÕES DE PEQUENA MAGNITUDE, QUE NÃO CON- TENHAM ROTAÇÃO SIGNIFICATIVA, PARA ASSEGURAR QUE X os EIXOS DE ESFORÇO E DE DEFORMAÇÃO POSSAM SER CORRELACIONADOS Fig. 9.11 Análise cinemática de dados de falha. (A) Falha normal simples. (B) Estereograma do plano de falha, indicando a lineação e o sentido de movimento. o plano Enquanto as estruturas contracionais tendem a complementar de cisalhamento a 90° da falha é indicado. formar-se perpendicularmente a O1, as fraturas ex- Os eixos P e T bissectam esses dois planos. (C) Dados de 16 tensionais formam-se perpendicularmente ou em falhas com diferentes orientações. Cada uma das falhas é alto ângulo com O3. Isso faz com que as juntas e representada no estereograma da mesma forma que a falha os veios forneçam as conexões mais rápidas e di- em (B). Idealmente, os eixos P e T irão situar-se em dois retas entre esforço e deformação. A combinação de setores separados por dois planos ortogonais entre si. Se isso estruturas contracionais e extensionais é particular- não ocorrer, ou seja, se essa condição não for satisfeita, as falhas podem ter se formado sob diferentes campos de mente importante, e quando essas estruturas ocor- esforços. Os poucos dados apresentados indicam um rem em rochas falhadas, elas podem ser usadas ou estiramento segundo NW-SE e um encurtamento vertical, ou comparadas aos resultados dos métodos de inver- seja, um regime extensional são de esforços.258 Geologia Estrutural Boxe 9.1 MECANISMOS FOCAIS E ESFORÇOS A solução de plano de falha pode ser encontrada pelo mapeamento da distribuição de ondas P ou S em torno do hipocentro de um terremoto. plano de falha e seus planos de cisalhamento complementares ortogonais teóricos (denominados planos nodais) são lançados em projeções baseadas no princípio de que o sentido de rejeito (normal, reverso etc.) de uma falha controla a distribuição das ondas sísmicas. Os planos nodais são localizados por meio de observações dos primeiros movimentos de ondas P em várias estações sísmicas e da definição de seu caráter compressional ou extensional. Os planos são lançados em projeções estereográficas e o resultado é uma projeção do tipo "bola de praia", mostrada abaixo. As informações sobre a primeira chegada de ondas (compressionais P, extensionais T) em várias estações sísmicas são usadas para delimitar as orientações dos planos nodais e de seus sentidos de movimento, conhecidas como mecanismo focal. Os quadrantes são separados pelo plano de falha e pelo plano nodal complementar, e os eixos P e T são localizados no meio dos quadrantes. Como mostrado abaixo, diferentes "bolas de praia" indicam diferentes mecanismos focais ou sentidos de movimento das falhas. P T T P Normal Vertical Direcional Reversa O3 P Plano de falha Exemplo no qual os esforços principais e os eixos P e T não são idênticos. Uma falha de cavalgamento de baixo ângulo é ativada com O3 vertical e O1 horizontal. Como P e T sempre bissectam os planos nodais, os esforços principais e os eixos P e T apenas serão coincidentes se a falha estiver orientada a 45° em relação a Juntas, veios e diques não rotacionados são es- rante a intrusão pode causar o fraturamento da ro- truturas que definem imediatamente a orientação cha encaixante. Na presença de um esforço de O3 no início da deformação. nico significativo, as fraturas e, portanto, os diques, Um método cinemático relacionado envolve a re- tendem a orientar-se de modo perpendicular a O3. constituição das paredes deslocadas durante a in- Na maioria dos casos, porém, as rochas contêm trusão de um dique. A sobrepressão do magma du-9 CINEMÁTICA E PALEOESFORÇOS EM REGIME RÚPTIL 259 Boxe 9.1 MECANISMOS FOCAIS E ESFORÇOS (cont.) Não se pode definir, apenas a partir dos dados sísmicos, qual dos dois planos nodais de fato representa o plano de falha, a menos que se faça uma análise posterior. Apenas os eixos P e T são desconhecidos. P e T não são idênticos a e O3, apesar de geralmente ser feita tal consideração. A crosta está repleta de estruturas de fraqueza e, portanto, muitos abalos podem ser esperados em resposta a reativações de fraturas Portanto, não há uma relação precisa entre a atitude da falha e o campo de esforços. Porém, sabemos que deve estar localizado no campo P, e que O3 deve estar localizado no campo T. Assim, observações de múltiplos terremotos em falhas com diversas orientações produzem uma distribuição de dados que aumenta nossas chances de obter uma boa estimativa dos eixos de esforços. Em princípio, podemos usar a inversão de esforços para estimar os esforços principais a partir desses dados. fraturas preexistentes que poderão ser preenchidas A por magma. As fraturas perpendiculares a O3 irão abrir-se preferencialmente de modo perpendicular às pare- des, mas se quisermos encontrar a orientação de O3, devemos observar pontos em ambos os lados do OH dique que tenham sido adjacentes antes da intru- são. Esses pontos podem ser, por exemplo, degraus (Fig. 9.12), a partir dos quais podemos traçar os ve- tores de deslocamento (Fig. 9.13). Estruturas que fo- ram separadas por diques também podem ser usa- das, tais como veios, diques mais antigos, charnei- B ras de dobras e camadas com mergulho de alto ân- gulo. Nesses casos, observamos a deformação (dire- Degrau lateral ção local de extensão), mas por causa dos peque- nos deslocamentos envolvidos, é preferível corre- lacionar a direção de extensão horizontal com OH. Assumindo que o esforço vertical seja um dos ei- XOS de esforço principais, podemos considerar que OH = O3. Encontramos, dessa forma, os esforços lo- Marcadores cais, e não é raro encontrarmos situações em que os diques foram rotacionados na direção vertical em uma geometria similar a uma franja (Fig. 9.14). For- Fig. 9.12 Reconstrução de uma seção horizontal (A) na mas desse tipo indicam que OH muda de direção na situação anterior à intrusão do dique (B). Para encontrar o direção vertical, de modo similar às zonas de franja vetor de deslocamento, setas podem ser traçadas entre pontos em torno de fraturas (Fig. 7.26). que estavam adjacentes antes da intrusão. Para uma deformação pequena, esses vetores se aproximam de OH Fonte: Fossen (1998).260 Geologia Estrutural Segmentos de diques (bordas) O3 Dique Fig. 9.14 Sistema de diques en echelon que se conectam em profundidade uma das interpretações populares de Anderson, publicada em 1951. Ele interpretou esse fenômeno como o resultado de uma rotação de O3 para cima, em direção à superfície, durante a intrusão do magma Fig. 9.13 Intrusão de dique com degrau para a esquerda, adequada para a determinação de esforços. Os degraus estavam conectados antes da intrusão, e a direção de extensão, que se pode assumir como próxima à do esforço principal mínimo, é determinada ao ligarmos os degraus. Dique permiano na borda do sistema de rifte do Mar do Norte Resumo Neste capítulo, discutimos brevemente os modos de determinar o sentido de rejeito de falhas e de usar as falhas e outras estruturas rúpteis para obter informações sobre Em todos os casos, devemos estar atentos para o fato de que os esforços apenas podem ser deduzidos a partir dos padrões de deformação, e nunca observados diretamente. Algumas considerações a priori sempre devem ser feitas quando os esforços são determinados a par- tir da deformação. Portanto, devemos tomar cuidado ao buscar informações sobre a partir de rochas deformadas. Os e o método de não foram tratados em detalhe neste capítulo; o leitor interessado deve explorar as referências listadas adiante, após os seguintes pontos-chave e as questões de revisão: Vários critérios cinemáticos podem auxiliar a determinar o sentido do rejeito de uma falha. Devemos ser capazes de fazer um esboço dos critérios mais importantes. Juntas e veios são estruturas extensionais que se formam perpendicularmente ao eixo de mínimo esforço e são, portanto, indicadores úteis de Falhas conjugadas são conjuntos de estruturas úteis, que permitem uma rápida estimativa do campo de esforços. A inversão dos dados de rejeito indica a orientação dos esforços principais e a forma do elipsoide de esforços. Conjuntos complexos de falhas podem conter rejeitos formados em mais de um campo de esforços, os quais devem ser separados e tratados individualmente para se obter resultados úteis.9 CINEMÁTICA E EM REGIME RÚPTIL 26I QUESTÕES DE REVISÃO 1] Por que devemos ter cuidado na interpretação de lineações como indicadores de rejeito? 2] Quais são as premissas para uma análise de bem-sucedida? 3] que significa "inversão de rejeito"? 4] que são falhas conjugadas e que informação elas fornecem sobre os esforços? 5] que é postulado na hipótese de Wallace-Bott? 6] o que é um tensor reduzido de esforços? E-módulo A seção Brittle structures no módulo de e-learning denominado Kinematic indicators é recomendada para este capítulo. Leituras complementares Geral ANDERSON, E. M. The Dynamics of Faulting. Edinburgh: Oliver & Boyd, 1951. Sentido de rejeito PETIT, J.-P. Criteria for the sense of movement on fault surfaces in brittle rocks. Journal of Structural Geology, V. 9, p. 597-608, 1987. Esforço e deformação a partir de populações de falhas ANGELIER, J. Fault slip analysis and palaeostress reconstruction. In: HANCOCK, P. (Ed.). Continental Defor- mation. Oxford: Pergamon Press, p. 53-100, 1994. CASHMAN, P. H.; ELLIS, M. A. Fault interaction may generate multiple slip vectors on a single fault surface. Geology, V. 22, p. 1123-1126, 1994. ETCHECOPAR, A.; VASSEUR, G.; DAIGNIERES, M. An inverse problem in microtectonics for the determina- tion of stress tensors from fault striation analysis. Journal of Structural Geology, V. 3, p. 51-65, 1981. LISLE, R. J.; ORFIE, T. O.; ARLEGUI, L.; LIESA, C.; SRIVASTAVA, D. C. Favoured states of palaeostress in the Earth's crust: evidence from fault-slip data. Journal of Structural Geology, V. 28, p. 1051-1066, 2006. MARRETT, R.; ALLMENDINGER, R. W. Kinematic analysis of fault-slip data. Journal of Structural Geology, V. 12, p. 973-986, 1990. Esforço a partir de estruturas extensionais e contracionais DUNNE, W. M.; HANCOCK, P. L. Paleostress analysis of small-scale brittle structures. In: HANCOCK, P. L. (Ed.). Continental Deformation. Oxford: Pergamon Press, p. 101-120, 1994. FRY, N. Stress space: striated faults, deformation twins, and their constraints on paleostress. Journal of Structural Geology, V. 23, p. 1-9, 2001. JOLLY, R. J. H.; SANDERSON, D. J. Variation in the form and distribution of dykes in the Mull swarm, Scotland. Journal of Structural Geology, V. 17, p. 1543-1557, 1995. A relação entre esforço e deformação MARRETT, R.; PEACOCK, D. C. P. Strain and stress. Journal of Structural Geology, V. 21, p. 1057-1063, 1999.262 Geologia Estrutural TWISS, R. J.; UNRUH, J.R. Analysis of fault slip inversions: do they constrain stress or strain rate? Journal of Geophysical Research, V. 103, n. B6, p. 12205-12222, 1998. WATTERSON, J. The future of failure: stress or strain? Journal of Structural Geology, V. 21, p. 939-948, 1999.