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30/09/13 1 Fonte da imagem: Arquivo pessoal Estruturas As estruturas caracterizam a arquitetura dos maciços rochosos e são definidas a par;r da disposição espacial (ou arranjo geométrico) dos componentes, considerando suas formas e mutuas relações. Fonte da imagem: Fossen (2012) e Arquivo pessoal Escalas Fonte da imagem: Prof. Julio Almeida Estruturas primárias Tectônica Entende-‐se por tectonismo o desenvolvimento de deformação através da ação de esforços (superposição conceitual com a geologia estrutural). Não obstante, o termo e geralmente usado com conotações mais abrangentes, analisando os contextos (geralmente regionais) nos quais são produzidos determinados conjuntos caracterís;cos de estruturas. Um modelo tectônico tenta explicar um conjunto de observações estruturais, colocando-‐as num contexto mais amplo quanto aos processos de larga escala (riOeamentos, cinturões de dobras e corrimentos, colisões). Fonte da imagem: Arquivo pessoal Sensoriamento remoto Fonte da imagem: Fossen (2012) Dados sísmicos 30/09/13 2 Fontes das imagens: Fossen (2012) e Prof. M. H. Arthaud Experimentos de laboratório ! Newton Primeira lei Todo o corpo persiste em seu estado de repouso ou de movimento uniforme, a menos que seja compelido a mudar seu estado por uma força aplicada a ele. Segunda lei A aceleração de um objeto é diretamente proporcional à força resultante que atua sobre o corpo, e inversamente proporcional a sua massa: F = m ·∙ a Forças Unidades NEWTON DINA Tipos DE CORPO DE SUPERFÍCIE Decomposição FORÇA NORMAL FORÇA CISALHANTE Fonte da imagem: DECIFRANDO A TERRA Esforços Força por unidade de superbcie UNIDADES: Pascal -‐ Bar Esforços Situações tectônicas na crosta terrestre REGIÕES ESTÁVEIS Pressão litostá;ca Estado de tensões isotrópico σi (não varia com a direção) ATIVAS Pressão litostá;ca Esforços tectônicos Estado de tensões anisotrópico σ1 σ2 σ3 (varia com a direção) Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) Elipsoide de Esforços 30/09/13 3 Esforços na crosta terrestre Em pra;camente toda a litosfera os esforços são compressionais, mesmo em riOes ou outras áreas subme;das a extensão. Deformação por extensão ou contração podem resultar de um campo de esforços com os três eixos compressivos. Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) Esforços Situações tectônicas na crosta terrestre REGIÕES ESTÁVEIS / ATIVAS Decomposição de Esforços Depende da área de aplicação do esforço Fn = F ·∙ cos θ Fs = F ·∙ sen θ σ = F / A1 σn = Fn / A2 σs = Fs / A2 Esforço normal σn = σ ·∙ cos2 θ Esforço cisalhante σs = (σ ·∙ sen 2θ)/2 Quando θ = 45° σs a_nge seu máximo valor possivel SIGNIFICADO PRÁTICO: Planos potenciais de ruptura Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud ! ! Planos de cisalhamento conjugados Planos de ruptura mais prováveis Deformação Conjunto de modificações de posição e forma que um corpo rochoso experimenta quando subme_do à ação de esforços. Translação rígida e Rotação rígida Modificações de posição que não envolvem mudanças de forma ou volume. Deformação interna (strain) Distorção. Mudança de forma de um conjunto rochoso da litosfera acompanhada ou não de variação de volume. As parkculas da rocha mudaram de posição umas em relação às outras. Deformação natural Geralmente combina as três modalidades em proporções variáveis. 30/09/13 4 Deformação Pode envolver variação de volume (dilatação ou contração) Como simplificação, consideramos que as deformações das rochas se processam sem mudança de volume, ou que esta mudança pode ser negligenciada. ! Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud ! Elipsóide de deformação Eixos X, Y, Z Planos principais da deformação DOMÍNIOS DO ELIPSOIDE DE DEFORMAÇÃO Domínio de es_ramento (qualquer reta de referencia foi es;rada) Domínio de encurtamento (qualquer reta de referencia foi encurtada) Domínio de não deformação. ! Estados de referência da deformação Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud DIAGRAMA DE FLINN Permite representar os diferentes _pos de elipsoide. Coeficiente de Flinn (k) A forma do elipsoide depende do valor de k e determina o aspecto da rocha (planar, linear ou plano-‐linear) k < 1 ⇒ Elipsoide oblato k > 1 ⇒ Elipsoide prolato k = 1 ⇒ deformação plana (constrição e achatamento equivalentes) Y = X ⇒ k = 0 Achatamentouniaxial. Y = Z ⇒ k = ∞ Constrição uniaxial. Y ≠ Y ≠ Z ⇒ Elipsoide de deformação triaxial. ! Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud Tectonitos Rochas deformadas com trama tectônica penetra_va (que permeia a rocha em sua totalidade) Podem ser do _po L, S ou L/S ! Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud 30/09/13 5 Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) Deformação progressiva Definida através de todos os passos intermediários ou deformações infinitesimais que determinam a trajetória da deformação entre a rocha em estado indeformado e a rocha deformada. Deformação finita Estado de deformação final (situação observada nos afloramentos). Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud ! Mecanismos de deformação A deformação natural pode ser descrita a par_r de dois mecanismos de deformação e das suas combinações: CISALHAMENTO PURO CISALHAMENTO SIMPLES CISALHAMENTO PURO Deformação coaxial No processo de deformação, os eixos da elipse (simplificação 2D do elipsoide) conservam a mesma orientação (não rotam). ! Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud CISALHAMENTO SIMPLES Deformação não coaxial No processo de deformação, os eixos X e Z da elipse rotam (em 3D Y seria o eixo dessa rotação). ! Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud Deformação finita A deformação observada pode ser o resultado... ...de um único processo ...de diferentes episódios tectônicos superpostos! OBSERVAÇÃO Quanto mais velha uma rocha, maior a possibilidade de ela ter passado por vários eventos de deformação. 30/09/13 6 Varias trajetórias de deformação podem levar a uma mesma deformação finita. Uma dada deformação finita pode ter se acumulado de um número infinito de modos. Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud ! DEFORMAÇÃO Homogênea / Heterogênea Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud ! Deformação Homogênea / Heterogênea Escala de observação Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) Deformação desconynua Concentra-‐se ao longo de planos discretos. Deformação conynua Apresenta caráter penetra_vo (permeia toda a rocha) Fonte da imagem: Prof M.H. Arthaud ! Deformação homogênea e conynua Cisalhamento puro e simples Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) PARÂMETROS DEFORMAÇÃO INTERNA (strain) UNIDIMENSIONAL (deformação de um marcador linear) Elongação e = (L1-‐L0)/L0 Elongação quadrá_ca λ = (1 + e)2 ou λ = (L1/L0)2 30/09/13 7 GEOLOGIA ESTRUTURAL Haakon Fossen h|p://folk.uib.no/nglhe/index.html DEFORMAÇÃO INTERNA (strain) BIDIMENSIONAL (2D) Elipse de deformação Descreve a elongação em qualquer direção num plano de deformação homogênea. Representa a deformação de um circulo inicial imaginário. Sua orientação e tamanho caracterizam a deformação no plano. Eixo longo: 1 + e1 Eixo curto: 1 + e2 Elip;cidade, R = (1 + e1)/(1 + e2) Descreve a deformação que ela representa. Fonte da imagem: Rowland et al(2007) Fonte da imagem: Rowland et al(2007) DEFORMAÇÃO INTERNA (strain) HOMOGÊNEA Cisalhamento angular Ψ Descreve a variação no ângulo entre duas linhas originalmente perpendiculares. Deformação por cisalhamento γ = Tan Ψ Fonte da imagem: Rowland et al(2007) 30/09/13 8 Análise da deformação interna (homogênea) Obtenção da elipse a par;r de rochas deformadas. Método de Wellman (1962) Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) Análise da deformação interna (homogênea) Obtenção da elipse a par;r de rochas deformadas. Método de Fry (1970) Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) Análise da deformação interna (homogênea) Obtenção da elipse a par;r de rochas deformadas. Método de Fry (1970) Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) Análise da deformação progressiva CISALHAMENTO PURO Modelagem com soOware StrainSim Rick Allmendinger (Cornell University) 30/09/13 9 3 2 1b 1a CISALHAMENTO PURO Elipse de deformação finita (4 zonas) 3 2 1b 1a 1b 1b 2 2 Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL(Fossen 2012) O comportamento durante a deformação progressiva explica muitas feições estruturais observáveis nas rochas deformadas 30/09/13 10 Análise da deformação progressiva CISALHAMENTO SIMPLES Modelagem com soOware StrainSim Rick Allmendinger (Cornell University) 30/09/13 11 3 2 1b 1a 3 2 1b 1a CISALHAMENTO SIMPLES Elipse de deformação finita StrainSim Rick Allmendinger (Cornell University) h|p://www.geo.cornell.edu/geology/faculty/RWA/ FLUÊNCIA Deformação plás_ca de um material subme_do a um esforço constante e persistente sob alta temperatura homóloga (TH). A TEMPERATURA HOMÓLOGA PERMITE COMPARAR SÓLIDOS COM DIFERENTES PONTOS DE FUSÃO. (Exemplo: Gelo e olivina a TH = 0,95 apresentam comportamento semelhante) Os processos de fluência ocorrem quando TH > 0,5 e são mais a;vos quando TH se aproxima a 1. OUTROS FATORES QUE CONTROLAM O COMPORTAMENTO REOLÓGICO Anisotropia Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) OUTROS FATORES QUE CONTROLAM O COMPORTAMENTO REOLÓGICO Orientação cristalográfica Fonte da imagem: GEOLOGIA ESTRUTURAL (Fossen 2012) 30/09/13 12 OUTROS FATORES QUE CONTROLAM O COMPORTAMENTO REOLÓGICO Presença de fluidos Tende a enfraquecer as rochas observando-‐se: REDUÇÃO DO LIMITE DE ELASTICIDADE AUMENTO DA PLASTICIDADE ESTRATIFICAÇÃO DA CROSTA Níveis estruturais com es_los deformacionais diferentes Diagrama de Mercier e Vergely (1992) Proporciona uma visão esquemá;ca que permite considerar uma tendência geral no comportamento das rochas dentro da crosta. Condições crustais limitadas pelos gradientes HP-‐LT e HT-‐LP. OUTRAS VARIÁVEIS NÃO DEVEM SER DESCONSIDERADAS (materiais – presença de fluidos – tempo – anisotropias) RESUMO REOLOGIA • As rochas respondem aos esforços de forma complexa. • Uma mesma camada de rocha pode fraturar-‐se ou dobrar-‐ se sob diferentes condições. • A reologia estuda as relações entre esforço, deformação e tempo. Fluxo dos materiais. • Os principais fatores que afetam o comportamento reológico das rochas são: pressão litostá;ca, temperatura, tempo, ;po de material, presença de fluidos, anisotropia. • Os comportamentos reológicos variam entre os sólidos perfeitamente elás;cos num extremo e os fluidos viscosos newtonianos no outro. RESUMO REOLOGIA • A deformação elás;ca é reversível. • A viscosidade é a resistência dos fluidos a fluir. • A deformação plás;ca é permanente e sem perda de con;nuidade (não envolve faturamento). • A fluência é um processo de deformação plás;ca de um material subme;do a um esforço constante e persistente por um intervalo de tempo prolongado. • A estra;ficação da crosta apresenta níveis estruturais com es;los deformacionais diferentes. • A divisão em níveis estruturais proporciona uma visão esquemá;ca que permite considerar uma tendência geral no comportamento das rochas dentro da crosta.
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