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Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES FALHAS TRANSCORRENTES (STRIKE-SLIP) Falhas de rejeito direcional (strike-slip) são geralmente verticais e acomodam cisalhamento horizontal paralelo ao strike do plano de falha. Seus traços na superfície podem ser retilíneos ou curvos e seus deslocamentos são definidos em movimentos destrais (lateral para direita) e sinistrais (lateral para esquerda). Falhas strike-slip obliquas resultam da adição de componentes horizontais de contração ou extensão perpendiculares ao traço da falha. I – TIPOS Falhas de rasgamento (tear ou wrench fault) são falhas de rejeito direcional locais com alto ângulo de mergulho e orientadas subparalelas às direções de deslocamentos regionais. São comumente subsidiárias de outras estruturas como dobras, falhas de empurrões ou falhas normais (Figs. 1 e 2). Figura 1 – Falhas de rasgamento no cinturão de empurrão-dobras associadas do Jura, Alpes Suíços (localização regional na fig. ao lado). O mapa geral das montanhas Jura mostra as grandes falhas de rasgamento cortando e deslocando traços axiais de dobras e os limites do Graben do Reno. Notar como os eixos das dobras terminam nas falhas de rasgamento. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.11, pg. 122. 1 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Figura 2 - Estruturas de falhas de empurrão de baixo ângulo. A – Mapa do empurrão Lewis, próximo da fronteira Canadá-USA, entre Alberta e Montana (ver seção marcada na fig. XX). A natureza irregular do traço do empurrão no mapa é um reflexo da interação entre topografia e superfície de falha com ângulo de mergulho baixo (p.ex: camadas horizontais seguem as curvas de nível). Notar o klippe Chief Mountain perto da borda e as janelas estruturais Cate Creek e Haig Brook próximo ao Passo North Kootenay. B – Bloco diagrama esquemático mostrando a geometria da superfície do empurrão Lewis. Notar, em particular, a rampa frontal que leva a falha para a superfície, a rampa lateral próximo ao Passo Marias, e a rampa obliqua próximo ao Passo North Kootenay. C – Mapa do empurrão Mountain Pine na porção sul da Província Valley and Ridge, Apalaches (ver localização na fig. XX). Falhas de rasgamento marcam as terminações nordeste e sudoeste da lasca tectônica Mountain Pine. D – Bloco diagrama esquemático mostrando a geometria da supefície do empurrão Mountain Pine. As falhas de rasgamento limitam a rampa frontal nas suas extremidades. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 6.7, pg. 101. 2 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES O termo falha de transferência é aplicado para duas diferentes geometrias de falhas transcorrentes: 1. Em terrenos extensionais, elas são paralelas às direções dos deslocamentos regionais e interligam diferentes domínios de falhas normais (Fig. 3). Sistemas imbricados de falhas normais e possivelmente seus descolamentos terminam em falhas deste tipo podendo ter deslocamentos e orientações diferentes nos respectivos domínios adjacentes. Não existe uma diferença clara entre falhas de rasgamento e falhas de transferência exceto talvez que as últimas são de escalas mais regionais e acomodam maiores deslocamentos que as primeiras (Twiss & Moores 1992). Figura 3 – Falha de transferência ligando dois sistemas de falhas normais. O vetor movimento da falha de transferência contém tanto componentes horizontais como verticais. Extraído de Ramsay, J.G. & Huber, M.I. (1987), The Techniques of Modern Structural Geology, fig. 23.46, pg. 531. 2. Em terrenos transcorrentes, as falhas de transferência ocorrem fazendo ângulos altos com as direções de deslocamento regionais e conectam falhas strike-slip adjacentes quando dispostas en echelon. Falhas transformantes são grandes sistemas regionais de falhas strike-slip que constituem segmentos de limites de placas tectônicas litosféricas (Figs. 4, 5 e 6A). Figura 4 – Falha transformante ligando duas zonas de grabens extencionais. Extraído de Ramsay, J.G. & Huber, M.I. (1987), The Techniques of Modern Structural Geology, fig. 23.44, pg. 531. 3 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Figura 5 – Falhas transformantes em zonas de espalhamento de fundo oceânico (limite de placa divergente). Extraído de Ramsay, J.G. & Huber, M.I. (1987), The Techniques of Modern Structural Geology, fig. 23.44, pg. 531. Falhas transcorrentes são falhas strike-slip na crosta de escalas regionais, não constituindo limites de placas tectônicas (Fig. 6). Figura 6 – Sistemas de falhas strike-slip regionais.A – Sistema falha San Andréas, Califórnia, mostrando múltiplas falhas. B – Mapa tectônico simplificado da Ásia. Linhas grossas negras são falhas; pares de setas indicando sentido de deslocamento. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.2, pg. 115. 4 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Exemplos de sistemas regionais de falhas transformantes e transcorrentes são: 1 - A falha San Andréas, Califórnia, é um sistema de falha transformante destral (lateral para direita) com 1300 km de comprimento que conecta duas junções tríplices, uma ao sul do Golfo da Califórnia, e outro no Cabo Mendocino, São Francisco na costa norte da Califórnia (Figs. 6Ae 7). O sistema consiste de inúmeras falhas aproximadamente paralelas, numa zona de não mais que 100 a 150 km de largura; 2 – Sistema de falhas transcorrentes da Ásia Central e Leste, dominado por falhas sinistrais (lateral para esquerda) nas porções leste do Tibet, e por falhas destrais (lateral para direita) numa área que se estende desde o lago Baikal no NE até a falha Quetta-Chaman no SW (Fig. 6B). Muitos autores interpretam este sistema de falhas como uma conseqüência do choque entre a placa da Índia contra a placa da Ásia (Twiss & Moores 1992). Figura 7 – Esquema do ambiente tectônico da falha San Andréas. Comparar com fig. 6A. Extraído da Internet – www.google.com - strike-slip fault – imagem. II – CARACTERÍSTICAS E ESTRUTURAS ASSOCIADAS Falhas strike-slip têm como característica principal o movimento horizontal entre os blocos, produzindo estriamento horizontal no plano de falha. Como toda falha, têm expressão na superfície terrestre através de lineamentos kilométricos (Figs. 6 e 7), deslocamentos de contatos litológicos e linhas de strike, rochas de falha (brecha, milonito, etc.) e feições topográficas (ver fig. 14, Capítulo “Contatos Tectônicos”). Sendo falhas de comprimentos kilométricos, apresentam traços retilíneos ou sinuosos. Estruturas associadas à falhas strike-slip incluem fraturas de cisalhamento, dobras, falhas normais e empurrões. Suas orientações em relação à falha principal dependem do sentido do cisalhamento na falha ou, em outras palavras, da posição do elipsóide de strain (Fig. 8). 5 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Figura 8 – Estruturas associadas à falhas strike-slip e suas orientações em relação ao sentido de cisalhamento na falha. A – fraturas de cisalhamento R, R’ e P. B – Traços de charneiras de dobras. C – Falhas de empurrão. D – Falhas normais. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.4, pg. 116. Fraturas de cisalhamento secundárias conhecidas como cisalhamentoconjugado de Riedel podem se desenvolver a determinados ângulos em relação ao eixo principal de compressão Z do elipsóide de strain. Riedel (1929), em experimento com camada de argila sobre placas rígidas, descobriu que ao movimentá-las formava-se na argila um sistema conjugado de fraturas de cisalhamento arranjadas num padrão en echelon: fraturas de cisalhamento R ou R1, sintéticas em relação à falha principal, ou seja, com o mesmo sentido de movimento desta, e fazendo ângulo baixo (10°-15°) com a falha/zona de cisalhamento principal; fraturas de cisalhamento R’ ou R2, antitéticas à falha principal, ou seja, com movimento oposto ao desta, e fazendo ângulo alto (75°- 80°) com a falha/zona de cisalhamento principal (Figs. 8A e 9). Fraturas de cisalhamento P são sintéticas e simetricamente orientadas em relação à falha/zona de cisalhamento principal, a partir das orientações das fraturas de cisalhamento R e R’ (Fig. 8A). Figura 9 – Cisalhamento conjugado de Riedel (R1 e R2) em zona de cisalhamento sinstral, resultando em desenvolvimento de falhas secundárias. As setas negras representam os eixos principais de strain incremental resultante de cisalhamento simples na zona de falha/cisalhamento. Extraído de Ramsay, J.G. & Huber, M.I. (1987), The Techniques of Modern Structural Geology, fig. 23.42, pg. 530. 6 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Dobras e falhas de empurrão arranjadas num padrão en echelon podem se formar acima ou ao lado de grandes falhas transcorrentes. As direções das charneiras (eixo) das dobras e as direções (strike) das falhas de empurrão ficam orientadas a 45° ou menos da falha transcorrente principal e o ângulo agudo formado entre estas direções e o traço da falha principal, aponta na direção do seu movimento (Figs. 8B e 8C). Falhas normais também podem se formar associadas a grandes falhas transcorrentes. Dispõem-se em arranjos en echelon e orientadas a 45° da falha principal, ou seja, perpendiculares as direções de extensão do elipsóide de strain (eixo principal X. Fig. 8D). III - FORMAS E DESLOCAMENTOS Em profundidade, falhas transcorrentes podem terminar em outra falha de descolamento de baixo ângulo ou podem continuar atravessando a crosta até perderem identidade, terminando numa zona de deformação dúctil. Terremotos ao longo de falhas transcorrentes modernas, tipicamente estão presentes até uma profundidade de 15 km. Abaixo disso, deformação cataclástica parece acomodar cisalhamento assísmico numa zona de transição e, mais abaixo, por deformação dúctil (Twiss & Moores 1992). Embora sejam falhas com mergulhos subverticais e por isso apresentarem traços retilíneos na superfície, também podem apresentar traços curvos (bends ou jogs) e separações (offset ou stepover) (Fig. 10). As separações aqui consideradas equivalem ao padrão en echelon. Figura 10 – Geometria e terminologia de curvaturas (bends) e separações (stepovers) ou padrão en echelon de falhas transcorrentes. As setas grandes indicam o movimento de cisalhamento. Pares de setas tracejadas indicam extensão ou compressão através das curvaturas e separações. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.5, pg. 117. 7 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Falhas transcorrentes agrupadas em padrão en echelon ou solitárias e de traços curvos, desenvolvem zonas de compressão e extensão com suas respectivas estruturas associadas, conforme interagem arranjo geométrico x movimento de cisalhamento. São as chamadas transpressão e transtensão, respectivamente (Figs. 10 e 11). Figura 11 – Desenhos à esquerda - tipos de estruturas secundárias desenvolvidas nos setores de recobrimento entre falhas transcorrentes en echelon. l.h. shear = cisalhamento lateral para esquerda; r.h.= en echelon para direita. Desenhos à direita – tipos de transpressão e transtensão desenvolvidos em falhas transcorrentes de traços curvos. r.h. bend= curvatura para direita. Extraído de Ramsay, J.G. & Huber, M.I. (1987), The Techniques of Modern Structural Geology, figs. 23.37 e 23.38, pg. 528. Transpressão ocorre quando o movimento de cisalhamento e o arranjo geométrico das falhas interagem de tal modo que na região entre falhas paralelas (Figs. 10A, 10D e 11A esquerda) ou na região de curvatura de falhas de traços curvos (Figs. Figs. 10A, 10D e 11A direita), a compressão é o esforço atuante. Assim, desenvolvem-se estruturas relacionadas a este tipo de ambiente tectônico como falhas de empurrão e/ou dobras. A formação de dobras e/ou empurrões é geralmente acompanhada de levantamento crustal gerando feições como horsts de forma rômbica (rombic-shaped horsts), terrenos levantados (uplift terrains) e pressure ridges (Fig. 12A). Figura 12 – A – Região levantada desenvolvida em zona de transpressão. B – Bacia pull-apart ou graben romboédrico desenvolvido em zona de transtensão. Extraído de Ramsay, J.G. & Huber, M.I. (1987), The Techniques of Modern Structural Geology, figs. 23.37 e 23.39, pg. 529. 8 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Se o movimento predominante do falhamento for cisalhamento simples, os traços axiais das dobras e as direções (strikes) dos empurrões estarão orientados a 40°- 45° do traço da falha principal (ângulo α da fig. 11A, esquerda). Os vetores deslocamento dos empurrões poderão mostrar tanto componentes de deslizamento de rejeito direcional como os de rejeito de mergulho reverso. Com a continuação do movimento da falha, as charneiras formadas tenderão a rotacionar para a direção do traço da falha principal de modo que estiramento subparalelo aos eixos das dobras é de se esperar que ocorra. Processos de erosão atuam nas regiões levantadas tornando-as fonte de sedimentos. Em alguns casos, uma transpressão muito forte pode causar a extrusão de material rochoso da zona de falha gerando uma feição chamada de estrutura em flor ou palmeira, consistindo de uma série de falhas de empurrão com mergulhos opostos (Figs. 13 e 14). Figura 13 – Formação de um duplex contracional numa falha strike-slip de traço curvo. Setas grandes indicam sentido de cisalhamento dominante na zona de falha; setas pequenas indicam o sentido dos componentes strike-slip e reverso do movimento das falhas secundárias dentro da zona transpressiva. A – Curvatura contracional numa falha destral. B – Duplex contracional desenvolvido a partir de A. C – Bloco diagrama em 3D mostrando estrutura em flor ou palmeira, reversa ou positiva. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.7, pg. 119. Figura 14 – Estrutura em flor ou palmeira com falhas de empurrão laterais de sentidos de mergulho opostos, desenvolvidas ao longo de zona de transpressão sinistral. Extraído de Ramsay, J.G. & Huber, M.I. (1987), The Techniques of Modern Structural Geology, figs. 23.40, pg. 529. 9 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Transtensão ocorre quando o movimento de cisalhamento e o arranjo geométrico das falhas interagem de tal modo que na região entre falhas paralelas (Figs. 10B, 10C e 11B esquerda) ou na região de curvatura de falhas de traços curvos (Figs. 10B, 10C e 11B direita), a tração é o esforço atuante. Assim, desenvolvem-se estruturas relacionadas a este tipo de ambiente tectônico como sistemas de falhas normais de alto e baixo ângulo. Suas orientações podem ser governadas por fraquezas pré-existentes, mas, em geral formam-se obliquamente em relação à falha principal a ângulos entre 45°-50° (ângulo β da fig. 11B esquerda). Movimentaçãoposterior do cisalhamento simples poderá aumentar este ângulo pela rotação de blocos no sentido do cisalhamento da falha principal, e alguma estrutura compressional pode se desenvolver perpendicularmente ao strike dos planos de falha. Em pequena escala, este tipo de estrutura de extensão leva a formação de depressões na superfície terrestre chamadas de sag ponds (localmente o sítio de lagos permanentes ou temporários) enquanto que em grande escala, formam-se grandes depressões crustais chamadas de bacias pull-apart (pull-apart basin) ou grabens romboédricos (romb-shaped graben) (Figs. 12B e 15). Estas bacias serão os sítios de acumulação e deposição de sedimentos derivados da erosão das regiões topograficamente altas ao redor do graben (Fig. 11B esquerda). Os sedimentos geralmente mostram mudanças de espessuras da borda para o centro da bacia (mais espesso na borda) e variações laterais de fácies, por causa de que uma das bordas da bacia é a própria falha strike-slip e em movimento. Ao contrário de estruturas em flor positiva (palmeira), neste ambiente estrutural formam-se estruturas em flor negativas ou tulipas (Fig. 16). Figura 15 – Graben Angara, uma bacia pull-apart a NE do Lago Baikal, Sibéria. A bacia se formou entre falhas strike-slip sinistrais (lateral para esquerda) com arranjo en echelon (stepover) para esquerda (indicados pelas setas). A bacia é ladeada por escarpas de falhas normais NE. . Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.9, pg. 121. 10 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Figura – 16 – Formação de duplex extencional em falha transcorrente de traço curvo. Setas grandes indicam o sentido do cisalhamento dominante na zona de falha; setas pequenas indicam o sentido do cisalhamento dos componentes strike-slip e normal do movimento, nas ramificações. A – curvatura extencional numa falha strike-slip destral. B – duplex extencioanl desenvolvido a partir de A C – bloco gdiagrama mostrando uma estrutura em flor negativa em 3D. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.6, pg. 118. Terminações Falhas strike-slip podem terminar em zonas de deformação extencional ou contracional, dependendo do posicionamento entre o sentido do cisalhamento e a locação da terminação na zona na falha. As falhas strike-slip se ramificam num leque imbricado de falhas normais quando em ambiente extencional (Fig.17A e B). Em ambientes contracionais, ramifica-se em leques imbricados de falhas de empurrão (Fig. 17C e D). Em outros casos, a falha termina num leque de falhas strike- slip secundárias ramificadas – rabo-de-cavalo (horsetail splay), curvadas na direção do bloco que se afasta (Fig. 17E). Figura 17 – Terminações de falhas strike-slip: A – geometria de leques imbricados extencionais nas terminações de falhas destrais. B – bloco diagrama de parte de A. C – geometria de leques imbricados contracionais nas terminações de falhas destrais. D – bloco diagrama de parte de C. E – geometria de ramificação rabo-de-cavalo (horsetail splay) em terminações de falhas destrais. O deslocamento total no bloco do lado direito é a soma de pequenos deslocamentos nas ramificações do bloco à esquerda. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.10, pg. 121. 11 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES IV – EXEMPLOS DE ASSOCIAÇÕES ESTRUTURAIS Falhas de rasgamento e de transferência Falhas strike-slip são comumente estruturas secundárias associadas a falhamentos e dobramentos regionais. Falhas de transferência desenvolvem-se caracteristicamente em ambientes estruturais de falhamento normal (Fig. 3) e falhas de rasgamento em ambientes estruturais de dobramento e cavalgamento (Figs.1 e 2). Curvaturas (bends), separações (stepovers) e duplexes Falhas transcorrentes e transformantes nunca ocorrem como simples planos de falhas; são caracterizadas por uma complexa zona de falhas anastomosadas, paralelas ou arranjadas em en echelon (Fig. 6A). Um exemplo de duplex extencional (transtensão) ocorre na falha ativa de Dasht- E Bayaz no NE do Irã. A estrutura está se desenvolvendo numa falha strike-slip sinistral com curvatura do traço do plano de falha para esquerda (Fig. 18). Falhas subsidiárias à leste e uma densa concentração de falhas à oeste delimitam dois horses, diferenciados por essa diferença na densidade de fraturas de cada um. A figura interna mostra a interpretação da estrutura. Figura 18- Duplex extencional desenvolvido na falha ativa Dasht-E Bayaz, NE do Irã. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.12, pg. 123. Uma curvatura para esquerda maior ainda ocorre no sistema da falha San Andréas, sul da Califórnia, USA, na região onde a falha Garlock intercepta a falha San Andréas. Aqui, a contração esperada para uma falha transcorrente destral com curvatura para esquerda está representada pelas Serras Transversais (Transverse Ranges), um bloco da crosta levantado por falhas de empurrão com direções leste-oeste (Figs. 6A, 7 e 19). Entretanto, ao longo desta curvatura contracional ocorrem bacias extencionais, ilustrando a complexidade do arranjo de estruturas. Estas bacias são preenchidas por sedimentos do Neogeneo, provavelmente representando antigas bacias pull-apart formadas em duplexes extencionais, alguns deles deslocados de suas posições originais. 12 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Figura 19 – Sistema de falhas Garlock-San Andréas, sul da Califórnia, USA (ver localização na fig. 6A). Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.13, pg. 123. Terminações Falhas strike-slip com terminação contracional terminam em falhas de empurrão curvas e de baixo ângulo de mergulho, acabando perpendicularmente a direção do movimento (Fig. 17 C e D). O sistema de falha ativo Quetta-Chaman, no Paquistão, é um bom exemplo de estrutura desse tipo. O sistema de falha transcorrente sinistral Quetta-Chaman termina para o sul numa série de falhas de empurrão e dobras que, de fato, fazem parte de uma margem convergente de placa tectônica (Figs. 6B e 20). A falha Garlock também acaba numa terminação contracional na sua terminação leste, onde aparentemente vira para sul e se transforma numa falha de empurrão mergulhando para oeste (Bloco Mojave Central) abaixo das montanhas Soda e Avawatz (Fig. 19). A falha Hope, uma das que constituem o sistema de falha Alpino da Nova Zelândia é um bom exemplo para ramificações rabo-de-cavalo. As falhas secundárias acabam contra a falha Alpina e têm deslocamentos curtos distribuídos em cada ramificção como mostrado pelas separações dos contatos da formação Pounamou (Fig. 21). 13 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Figura 20 – Mapa de falhas do sul do Paquistão. Grandes falhas transcorrentes sinistrais orientadas N-S, como as falhas Chaman e Ornach-nal, terminam para sul em um cinturão de empurrões-dobras associadas orientados E-W. A maioria dessas falhas leste-oeste é interpretada como falhas de empurrão sintéticas à zona de subducção que ocorre no Oceano Índico, mais ao sul. As falhas menores orientadas NW e NE são interpretadas como falhas de rasgamento ou de transferência conjugadas (ver localização na fig. 6B). Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.14, pg. 124. 14 Fabio Vito Pentagna Paciullo FALHAS TRANSCORRENTES Figura21 – Terminação da falha Hope contra a falha Alpina, Nova Zelândia. Ramificações da falha Hope e seus encurvamentos na direção do bloco que se afasta é evidente. Os deslocamentos das ramificações são observadas pelas separações do contato da formação Pounamou. Extraído de Twiss, R.J. & Moores, E.M. (1992), Structural Geology, fig. 7.15, pg. 124. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA DAVIS, G.H. 1984. Structural Geology of Rocks and Regions. New York, John Wiley & Sons, Inc., 492 p. LOCKZY, L. de & LADEIRA, E. 1976. Geologia Estrutural e Introdução a Geotectônica. São Paulo, Edgard Blucher Ltd; Rio de Janeiro, CNPq, 528 pgs. RAMSAY, J.G. & HUBBER, M.I. 1987. The Techniques of Modern Structural Geology, vol. 2: Folds and Fractures. Academic Press, 700 pgs. TWISS, R.J. & MOORES E.M. 1992, Structural Geology, W.H. FREEMAN & COMPANY ed., 532 pgs. 15
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