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GEOLOGIA ESTRUTURAL Aulas 4 15/03/2007 Regimes e Processos de Deformação REGIMES E PROCESSOS DE DEFORMAÇÃO Conceitos Básicos • As mudanças mecânicas nas massas rochosas são decorrentes dos movimentos tectônicos, impostos por forças originadas no interior da terra (ou endógenas). • Assim, toda a estrutura está sujeita a mudanças, passando de um estado inicial para um final. Esta passagem é denominada deformação, que pode ser observada em dois momentos: Deformação finita: estado final da rocha após a deformação, configurado por modificações, impostas por eventos sucessivos de deformação. Deformação progressiva: caminho que o objeto geológico percorre desde seu estado original até seu estado final. Caminho da Deformação (strain): deformação progressiva incremental (infinitesimal) até a deformação finita Algumas possibilidades desde o estado inicial até o estado final inicial final • caminho superior: encurtamento na vertical • caminho inferior: primeiramente encurtamento na horizontal e posteriormente na vertical. A deformação envolve uma ou mais transformações físicas nas rochas, tais como: • Translação: mudança de posição. • Rotação: mudança de atitude • Distorção: mudança de forma. • Dilatação: mudança de volume (positiva ou negativa). TRANSLAÇÃO: mudança de posição ROTAÇÃO: mudança de atitude DISTORÇÃO: mudança de forma DILATAÇÃO: mudança de volume MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO • Os minerais possuem propriedades mecânicas diferenciadas: podem apresentar comportamentos rúpteis, dúcteis e intermediários. • A deformação inicialmente se processa em nível cristalino para posteriormente propagar-se de forma homogênea ou heterogênea por toda a massa rochosa. Mecanismos de deformação propriamente ditos São subdivididos em quatro formas principais: • Microcataclase: fragmentação dos grãos minerais, desenvolvida por microfissuras. • Deslizamentos intracristalinos: deslocamentos ao longo de planos reticulares. Os defeitos cristalinos se manifestam por distorções e geminação, por exemplo. • Deslizamentos intergranulares: ocorrem ao longo das superfícies de contato entre os grãos. Representam acomodações dos grãos. • Fluxo por difusão: envolve transferência de elementos através dos grãos (fusão sólida). Stress em nível cristalino. Exemplo do quartzo (fonte: Microtectonics) Deslizamento intracristalino (fonte: Microtectonics) Microcataclase (fonte: Microtectonics) Deslizamento intergranular (fonte: Microtectonics) Fluxo por difusão (fonte: Microtectonics) TIPOS FUNDAMENTAIS DE DEFORMAÇÃO • A deformação pode ser instantânea como em um terremoto, em geral, porém, o processo se dá através de incrementos infinitesimais, gerando uma deformação progressiva. • As trajetórias de deformação envolvem etapas sucessivas ou pulsos de atividade. • A deformação pode ser homogênea (uniforme) ou heterogênea (não uniforme) Deformação Heterogênea Deformação Homogênea • Deformação Homogênea: elementos originalmente paralelos (planos e linhas) se mantêm paralelos durante todo o processo deformacional (característica típica de translação). • Pode ser representada no espaço pelo elipsóide de deformação, resultante de deformação de uma esfera imaginária inicial, composta por um sistema triortogonal de eixos cinemáticos: X = eixo de estiramento máximo; Y = eixo intermediário; Z = eixo de encurtamento máximo • Deformação Heterogênea: o paralelismo não é mantido e a deformação varia de ponto a ponto. • Na natureza quase a totalidade dos casos de deformação é heterogênea. Como o estudo dos mesmos torna-se complexo, procura-se subdividir o objeto de tal forma que cada porção do corpo rochoso é estudado como sendo característico de uma porção homogênea. PROCESSOS DE DEFORMAÇÃO Tanto a deformação homogênea quanto a heterogênea podem sofrer processos de deformação diferenciados, representados por deformações rotacionais (não-coaxiais) ou não-rotacionais (coaxiais). Ambas envolvem o conceito de cisalhamento. Deformação coaxial (ou cisalhamento puro ou deformação não-rotacional) Estes termos são sinônimos entre si e caracterizam processos de deformação gerados por tensões que se apresentam no mesmo eixo de incidência (coaxial), porém com sentidos opostos. Na deformação coaxial podem ocorrer os seguintes casos: (a) Comportamento rúptil Há geração de fraturas de partição (T e T') e fraturas de cisalhamento (par conjugado) (C e C'), que formam ângulos θ da ordem de 30 0. (b) Comportamento dúctil homogêneo Há escoamento plástico com achatamento perpendicular a Z (σ1) e estiramento segundo X (σ3). Na direção de Y (σ2) poderá haver estiramento ou encurtamento. Esta deformação é chamada também de achatamento (flattening). (c) Comportamento dúctil não-homogêneo ou heterogêneo Há escoamento de algumas porções que fluem mais que outras. Na deformação não-homogênea o estiramento pode resultar em boudinage enquanto o encurtamento pode resultar em ondulação. Sobreposição de deformação coaxial: uma elipse de deformação incremental de diferente magnitude é superimposta à primeira elipse Três regiões ocorrem na elipse resultante: I: região de extensão continuada II: região de encurtamento continuado III: região de encurtamento inicial que passa a ser extensional fonte: van der Pluijm and Marshak, 1997 extensão Elipse incremental + = encurtamento • Deformação não-coaxial (ou cisalhamento simples ou deformação rotacional) Estes termos também são sinônimos entre si e significam deformação gerada por tensões que se apresentam em diferentes eixos de incidência (não-coaxial), e com sentidos opostos. Este tipo de deformação envolve freqüentemente rotação da massa rochosa. Da mesma forma que na deformação coaxial a deformação não-coaxial mostra os seguintes casos gerais: (a) Comportamento rúptil As descontinuidades que se desenvolvidas são denominadas de 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'). - fratura de cisalhamento P (sintética secundária) - fratura de cisalhamento X (antitética secundária). - fratura de cisalhamento Y ou D, que se forma paralelamente ao binário em casos extremos A geometria é mais complexa: Quatro regiões ocorrem na elipse subseqüente: I: região de extensão continuada II: região de encurtamento continuado III: região de encurtamento inicial que passa a ter extensão IV: região de extensão inicial que passa a ter encurtamento fonte: van der Pluijm and Marshak, 1997 extensão encurtamento Elipse incremental + = Sobreposição de deformações não-coaxiais: uma elipse de deformação incremental de diferente magnitude é superimposta à primeira elipse X R’ R P Y = D 1 Tcisalhamento principal c o m p r e s s ã o extensão veios falhas inversas falhas normais dobras 30o 30o 30o 15o 10-15o 3 T (fraturas de tensão) R (cisalhamento de Riedel) R ´(cisalhamento conjugado de Riedel) Y (cisalhamento Y)P (cisalhamento P) (b) Comportamento dúctil homogêneo Ocorre fluxo plástico uniforme de material rochoso submetido às tensões resultantes do movimento tectônico. (c) Comportamento dúctil heterogêneo Desenvolvem-se faixas de deformação concentradas segundo as superfícies de cisalhamento. • bandas de cisalhamento: apresentam espessuras milimétricas a subcentimétricas Banda de c isalhamento Superfície C Superfície S Comportamento Plástico: produz uma mudança permanente na formado cristal, por meio de um rearranjo químico no retículo cristalino, sem a ocorrência de falhas Deformação dúctil (ou rochas dúcteis): se diz quando as rochas são submetidas a uma intensa deformação plástica •zonas de cisalhamento: espessuras centimétricas a métricas ESPESSURA DO CISALHAMENTO • cinturões de cisalhamentos: deformações regionais, decamétricas a kilométricas • cinturões orogênicos: acima de larguras kilométricas as faixas de deformação são denominadas de e coincidem com as cadeias de montanhas e/ou zonas de colisão continental GEOLOGIA ESTRUTURAL REGIMES E PROCESSOS DE DEFORMAÇÃO MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO TIPOS FUNDAMENTAIS DE DEFORMAÇÃO PROCESSOS DE DEFORMAÇÃO ESPESSURA DO CISALHAMENTO
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