Deformação rúptil - falhas

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Deformação rúptil
JUNTAS E FALHAS 
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Falhas: geometria e nomenclatura
Uma falha é uma superfície mais ou menos planar ao longo da qual houve um movimento relativo de blocos. Quando o deslocamento ocorre em várias falhas ao invés de uma única superfície de ruptura o termo zona de falha é empregado. Zonas de falha podem consistir de falhas subparalelas, de uma falha principal a partir da qual várias falhas menores divergem ou de falhas anastomosadas. 
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Falhas: geometria e nomenclatura
. Quando o plano de falha não é vertical, os blocos localizados acima e abaixo dele são chamados, respectivamente de teto (ou capa) e muro (ou lapa). O rejeito de uma falha corresponde à distância entre dois pontos no teto e muro da falha que originalmente eram contíguos. Como todo plano, uma falha possui direção e mergulho. Assim, o rejeito total pode ser dividido em um componente horizontal, paralelo à direção do plano, chamado rejeito direcional, e um componente paralelo ao mergulho do plano, chamado rejeito de mergulho.
Nomenclatura de falhas: RT – rejeito total; RD – rejeito direcional; RM – rejeito de mergulho; a - obliquidade. 
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Tipos de falhas
O deslocamento ao longo do plano de falha pode se dar com qualquer orientação. Quando esta não coincide com a direção ou com o mergulho do plano de falha, a falha é chamada oblíqua. Porém, em muitos casos, o deslocamento é paralelo ou próximo seja à direção seja ao mergulho do plano, e as falhas são chamadas, respectivamente, de rejeito direcional (ou transcorrente) e de rejeito de mergulho. Falhas transcorrentes normalmente têm mergulho forte a vertical e são classificadas como destrais ou sinistrais se o bloco oposto ao qual um observador está situado move-se para a direita ou para a esquerda, respectivamente. No caso de falhas de rejeito de mergulho, novamente dois casos são possíveis: quando o teto desce em relação ao muro, a falha é chamada de normal; quando o teto sobe em relação ao muro, ela é inversa ou reversa. Falhas normais e inversas com mergulhos inferiores a 30 são chamadas, respectivamente, de falhas normais de baixo ângulo (ou extensionais) e empurrões ou cavalgamentos.
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Falhas normais, inversas e transcorrentes
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Falhas oblíquas
As falhas oblíquas são denominadas de acordo com o movimento dominante considerando-se o ângulo formado entre a direção do movimento e a horizontal do plano de falha. Este ângulo é chamado pitch, rake ou obliquidade. Se o pitch é maior que 45°, o movimento dominante é normal ou inverso e as falhas serão chamadas de normal transcorrente destral, normal transcorrente sinistral, inversa transcorrente destral ou inversa transcorrente sinistral. Se o pitch é menor que 45°, o componente do movimento é dominantemente transcorrente e teremos as falhas destrais inversas, destrais normais, sinistrais inversas e sinistrais normais.
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Falhas oblíquas
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Falhas lístricas, em dominó e rotacionais
Tipos especiais de falhas são aquelas nas quais ocorre (a) uma diminuição no ângulo de mergulho com a profundidade, (b) uma rotação do plano de falha e (c) uma rotação de um dos blocos ao longo do plano de falha. As primeiras são chamadas de falhas lístricas e são comuns em ambientes extensionais. Se ocorrer deposição concomitantemente com o deslocamento ao longo do plano de falha, falhas lístricas são chamadas falhas de crescimento. Falhas normais que rotacionam durante o deslocamento são chamadas de falhas em dominó. Finalmente, no terceiro caso, têm-se as falhas rotacionais. 
Dominó
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http://www.3dgeo.com/extension/images/Extensional_Structural_Brochure_s1_img_2.jpg
Falha lístrica
Falha em dominó
Falha normal
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Fotos: Tiago Miranda
Falhas em dominó
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Representação de falhas em mapas e perfis
Falha
inversa
Perfil
Mapa
Perfil
Falha
normal
Transcorrência
dextral
Transcorrência
sinistral
Mapa
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Critérios de cisalhamento
Os blocos opostos podem ser polidos ao longo do plano de falha durante o movimento, formando os chamados espelhos de falha. Estes planos normalmente apresentam estrias, interpretadas como sendo produzidos pela presença de fragmentos mecanicamente mais resistentes, que indicam a direção do movimento. Grandes sulcos paralelos às estrias, com até algumas dezenas de centímetros de comprimento, chamados caneluras, e minerais fibrosos neoformados, definindo uma lineação de fibras, também estão presentes em alguns planos de falha. 
O sentido do movimento ao longo de falhas, ao contrário do que ocorre com zonas de cisalhamento (a estrutura dúctil equivalente das falhas), para as quais um grande número de critérios tem sido descritos, é difícil de interpretar a partir de estruturas mesoscópicas. As estruturas mais comuns são deslocamentos de estruturas preexistentes (acamamento, diques, etc.) e os degraus ou ressaltos, irregularidades orientadas mais ou menos perpendicularmente às estrias. Outros critérios incluem caneluras em forma de cenoura, juntas plumosas, estilólitos e cisalhamentos Riedel. 
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Critérios de cisalhamento: deslocamento de estruturas
Escala local 
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Critérios de cisalhamento: deslocamento de estruturas
Escala Regional 
Rejeitos estimados para a Falha de Karakorum (Robinson, 2009)
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Critérios de cisalhamento: degraus
Caneluras
Estrias
Degraus
Sentido de
movimento
Van der Pluijm e Marshak
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Critérios de cisalhamento: degraus
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Penha, SC
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Critérios de cisalhamento: veios dilatacionais
s1
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Critérios de cisalhamento: fraturas subsidiárias
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Critérios de cisalhamento: fraturas Riedel
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Critérios de cisalhamento em uma falha oblíqua. Como você classifica esta falha?
Fossen, 2010
Critérios de cisalhamento: estrutura de bloqueio ou cenoura
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Critérios de cisalhamento: Mecanismos focais
Em adição aos dados de campo, um método que permite determinar a orientação e o deslocamento ao longo de planos de falhas ativas envolve a medição das ondas sísmicas produzidas durante terremotos. Este método sismológico é chamado solução de mecanismo focal ou solução de plano de falha. Quando um terremoto ocorre, a falha e o plano perpendicular a ela e próximo ao foco, chamado de plano auxiliar, dividem regiões que estão sofrendo contração daquelas que estão sofrendo extensão. O estudo das ondas sísmicas permite assim dividir o espaço em quatro quadrantes. Os dados obtidos a partir de diversas estações sismológicas são plotados em um estereograma e dois planos perpendiculares que o dividem em quatro quadrantes são traçados. A partir dessa análise não é possível dizer qual dos dois planos corresponde à falha e qual é o plano auxiliar, mas observações de campo normalmente permitem superar esta ambiguidade. 
	Uma vez estabelecido qual dos planos corresponde ao plano de falha, é possível determinar o tipo de falha responsável pelo terremoto. No caso de falhas transcorrentes, a linha de interseção entre o plano de falha e o plano auxiliar é vertical se a falha é vertical ou seu caimento é paralelo ao mergulho se a falha é inclinada. No caso de falhas de rejeito de mergulho a linha de interseção é horizontal. No primeiro caso, a direção do movimento é paralela à direção do plano e o arranjo dos quadrantes contracionais e extensionais indica o sentido, isto é, do quadrante extensional para o compressional. No segundo caso, a direção do movimento é perpendicular à direção do plano e novamente o arranjo dos quadrantes contracionais e extensionais indica o sentido. Quando a falha é obliqua, a linha de interseção entre o plano auxiliar e o plano de falha tem um caimento que não coincide com a direção do mergulho. Os componentes de rejeito de mergulho e de rejeito direcional podem ser determinados combinando-se os procedimentos descritos para as falhas transcorrentes e de rejeito de mergulho. 
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Mecanismos focais
Representação tridimensional e em planta mostrandoa divisão do espaço em regiões contracionais e extensionais (esquerda) e soluções de mecanismos focais para os principais tipos de falha (direita). 
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Crescimento e terminação de falhas
Para que o deslocamento ao longo de uma falha aumente é necessário que o comprimento da falha também aumente. É de se esperar que quanto maior o comprimento de uma falha maior seja o seu rejeito. A figura mostra um diagrama baseado em milhares de medidas de falhas com dimensões milimétricas a megamétricas relacionando estes dois parâmetros (comprimento L e rejeito máximo Dmax). Infere-se deste diagrama que falhas quilométricas normalmente têm rejeitos da ordem de 10 m a 100 m e que o rejeito pode ser superior a várias centenas de quilômetros no caso de falhas de dimensões continentais. 
Diagrama relacionando o rejeito máximo (Dmax) e o comprimento de falhas (L) de escala microscópica a megascópica. Linhas tracejadas são contornos da razão g = D/L, sugerindo que para muitas falhas o rejeito é 10 a 1000 vezes inferior ao comprimento.
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Crescimento de falhas: Rejeito
Em geral o deslocamento máximo ocorre no centro da falha e decresce para suas extremidades até tornar-se nulo nas terminações.
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Crescimento e terminação de falhas
Eventualmente, a energia requerida é insuficiente para que uma falha continue a se propagar e ela termina lateralmente. O rejeito pode diminuir progressivamente até tornar-se nulo na terminação, como no caso do slide anterior, ou várias estruturas podem se desenvolver para acomodar a deformação. As mais comuns são fraturas plumosas e terminações em cauda de cavalo que se formam no lado distensivo da falha, e estilólitos e dobras ou empurrões, que se formam no lado em contração.
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Kim et al., 2004, JSG
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Crescimento de falhas: zona de danos
Zona em torno de uma falha apresentando alta densidade de fraturas. A sua espessura depende do rejeito, mas há uma grande dispersão. Em geral, a espessura tem aproximadamente a mesma dimensão do rejeito.
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Crescimento de falhas e sismicidade
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Modelos analógicos do crescimento de falhas 
Nos ensaios mecânicos de deformação de rochas, as amostras utilizadas são de pequenas dimensões e o experimento é encerrado quando ocorre fraturamento. Assim, para simular a propagação de falhas em meios rochosos são utilizados modelos analógicos cujas características geométricas e mecânicas correspondam ao caso natural. Um dos métodos mais utilizados na modelagem analógica de falhas é o do tipo Riedel. O experimento consiste em colocar uma camada de material plástico sobre duas placas rígidas, uma das quais pode ser movida lentamente na horizontal. 
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Van der Pluijm e Marshak
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Modelos analógicos do crescimento de falhas
Estes experimentos tipicamente mostram que inicialmente se formam falhas escalonadas (chamadas cisalhamentos Riedel ou R) oblíquas cerca de 15° num sentido sintético com respeito à direção do movimento. Estas são às vezes acompanhadas de falhas antitéticas (cisalhamentos anti-Riedel ou R’) que formam um ângulo forte com a direção do movimento. Isto pode ser seguido pelo desenvolvimento de falhas sintéticas simétricas a R (cisalhamentos P), mas inclinadas num sentido oposto. Finalmente, falhas próximas á direção do movimento (cisalhamentos Y) se formam e podem dar origem a um cisalhamento principal único. Fraturas de extensão (juntas) podem também se formar no decorrer da deformação e têm uma direção próxima à da bissetriz do ângulo agudo entre R e R’. A orientação dos tipos de fraturas mais comuns desenvolvidas em experimentos do tipo Riedel durante cisalhamento destral é mostrada abaixo. 
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Crescimento de populações de falhas
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Associações de falhas em escala regional
A formação de conjuntos de falhas com a mesma geometria comumente caracteriza um ambiente tectônico específico. Assim, falhas normais e de empurrão são típicas de regiões submetidas à extensão e contração, respectivamente. No entanto, mais de um tipo de falha pode ocorrer no mesmo ambiente tectônico. Os principais sistemas de falhas são os de empurrão, de falhas extensionais e de falhas transcorrentes. 
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Sistema de falhas normais
Sistemas de falhas normais estão associados com regimes de extensão crustal (riftes continentais e oceânicos) e, assim, comumente conduzem a uma depressão da superfície, com a conseqüente formação de bacias sedimentares. Sistemas constituídos por falhas mergulhando em sentidos opostos dão origem a blocos relativamente rebaixados e soerguidos, chamados de grábens e horsts, respectivamente. Para valores de extensão relativamente pequenos, grábens e/ou horsts simétricos limitados por falhas normais com mergulhos altos podem se formar. No entanto, quando a extensão é muito grande, falhas normais geralmente são de baixo ângulo, têm superfície curva, com o mergulho decrescendo com a profundidade (falhas lístricas), e um sentido de mergulho predominante (estrutura em dominó). Falhas normais em superfície podem convergir em profundidade para uma zona de descolamento e o movimento geralmente resulta na rotação dos blocos situados no teto do descolamento. Em consequência, a superfície de topo original é inclinada em direção ao descolamento e depressões chamadas de meio-grabens são formadas.
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Sistemas de falhas normais
Horsts e graben
Falhas em dominó
Falhas lístricas e descolamento
Fig. 13
Fig. 14
Van der Pluijm e Marshak
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Horsts e grábens
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Grábens e Horsts
Corti, 2009. Earth-sci. rev. 96, 1-56.
NW
SE
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Horsts, Grabens e Dominós
Pereira e Alves, 2011. Tectonophysics 505, 17-34.
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Falhas lístricas e em dominó; “roll-over”
http://www.geo.wvu.edu/~jtoro/Petroleum/Review%202.html
Van der Pluijm e Marshak
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Evolução de um roll-over (falhas de crescimento)
Brun e Mauduit, 2008, Tectonophysics 457, 1-11
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Roll-over: modelo analógico
Brun e Mauduit, 2008, Tectonophysics 457, 1-11
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Roll-overs:
 exemplos naturais
Brun e Mauduit, 2008, Tectonophysics 457, 1-11
 Camadas mergulham no sentido oposto da falha lístrica
 A espessura das camadas aumenta em direção à falha
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Sistemas de empurrões
Os sistemas de empurrão são típicos de contatos convergentes de placas (margens ativas e colisão continental) e envolvem movimentos horizontais/subhorizontais de porções limitadas da crosta. Empurrões podem transportar fatias de rochas por dezenas ou mesmo centenas de quilômetros. Estas lascas (ou fatias ou escamas) são chamadas de alóctones em contraposição às rochas que mantiveram sua localização original na crosta (autóctones) e em geral são sobrepostas a rochas mais jovens. Nappes de empurrão são unidades alóctones maiores. Erosão pode causar a exposição de rochas presentes abaixo de um empurrão ou o isolamento de um bloco de rochas do restante da nappe. Estas estruturas são chamadas de janela (window; W) e klippe (K), respectivamente.
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Sistemas de empurrões
Em seqüências sedimentares, os empurrões comumente desenvolvem uma geometria em degraus, com trechos sub-horizontais paralelos às camadas incompetentes (chamados patamares) e trechos de mergulhos mais forte (chamados de rampas) oblíquos às camadas mais competentes. Em conseqüência dessa geometria uma dobra antiformal pode se desenvolver no teto da falha (chamada de anticlinal de rampa ou dobra de curva de falha).
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Sistema de Falhas – Bacia de Itajai – SC
Falha de Empurrão sobre acamamento tipo “flat-ramp”
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Sistemas de empurrões
Empurrões expostos na superfície podem convergir em profundidade para um único empurrão, chamado empurrão basal, empurrão de sola ou zona de descolamento. Esta geometria dá origem aos chamados leques imbricados. A propagação de um leque imbricado normalmente é para frente, mas o oposto pode também ocorrer. Empurrões que não atingem a superfície são chamados de empurrões cegos. Em alguns casos, empurrões com sentido contrárioao do deslocamento geral podem se desenvolver. Estes retro-empurrões provocam um soerguimento do teto, gerando estruturas chamadas pop-ups. Quando o retro-empurrão trunca um empurrão preexistente, uma zona triangular é formada.
Butler, 1983
Van der Pluijm e Marshak
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Sistemas de empurrões
E: duplex resultante do imbricamento de empurrões; F e G: retro-empurrões dando origem a pop up e zona triangular. 
Ao contrário de leques imbricados, um duplex é formado quando dois empurrões convergem em direção da superfície, de tal maneira que a lasca de rocha é envolta por um empurrão de teto e um empurrão basal. Com a continuação do processo, duplexes imbricados podem se formar. 
Butler, 1983
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Sherkati et al., Tectonics, 2006
Exemplo de sistemas de falhas de empurrão: Montanhas Zagros
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Dobras e empurrões
Dobras de arrasto
Dobra de propagação de falha
 (fault-propagation fold)
http://maps.unomaha.edu/maher/
Van der Pluijm e Marshak
Anticlinal de rampa (fault-bend fold)
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Sistemas de falhas transcorrentes
Sistemas de falhas transcorrentes são responsáveis por grandes deslocamentos laterais de blocos. Sistemas de falhas transcorrentes podem mostrar uma geometria escalonada (en échelon) ou em degraus, podendo haver ou não recobrimento entre os degraus. O recobrimento pode se dar à esquerda ou à direita, havendo, portanto, quatro possibilidades possíveis se considerarmos que as transcorrências podem ser dextrais ou sinistrais. 
Uma feição importante de regimes transcorrentes é que estruturas extensionais e contracionais podem se desenvolver em associação com as falhas de rejeito direcional. Isto ocorre (a) em zonas de terminação de falhas, (b) quando a falha tem um traçado sinuoso, ou (c) quando o movimento de uma falha interfere com o de uma falha vizinha. Nestas três situações, elevações e depressões topográficas, bem como falhas normais ou inversas subsidiárias, podem se desenvolver. Os termos transtração e transpressão são empregados para falhas transcorrentes que apresentam um componente de extensão ou um componente de encurtamento, respectivamente.
	
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Sistemas de falhas transcorrentes
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Van der Pluijm e Marshak
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Desenvolvimento de uma curva contracional
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Sistemas de falhas transcorrentes: transpressão e transtração
	Regiões contracionais entre duas falhas com recobrimento ou em falhas curvas ocasionam dobramentos ou falhas inversas, podendo produzir estruturas em flor positivas. Já regiões extensionais são caracterizadas por falhas normais e podem evoluir para bacias de afastamento (pull-apart). Falhas curvas ou em degrau sem recobrimento podem dar origem a duplexes transcorrentes geometricamente análogos àqueles observados em sistemas de empurrão. 
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Curvas extensionais e bacias: um exemplo (Golfo da Califórnia)
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Curvas extensionais e bacias: um exemplo (Zona de Fratura Owen, Oceano Índico)
M. Fournier et al. / Earth and Planetary Science Letters 302 (2011) 247–252
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Estruturas subsidiárias em falhas transcorrentes
Van der Pluijm e Marshak
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