Deformación de la corteza cap 10

Capítulo 10

Geología 1

Geología estructural

Deformación

Cartografía de la estructura

geológica

Diaclasas

Fallas

Pliegues

Es la rama de la geología

que se dedica a estudiar la

corteza terrestre, sus

estructuras y la relación de

las rocas que las forman,

la geometría de las rocas y

la posición en que

aparecen en superficie.

Interpreta y entiende la

arquitectura de la corteza

terrestre y su relación

espacial, determinando las

deformaciones.

Geología estructural

Geología estructural

La compresión de la estructura

tectónica tiene como utilidad:

• Descifrar la historia de la Tierra.

• Bienestar económico ya que la

mayor parte de los yacimientos

donde aparecen petróleo y gas

natural esta asociada con

estructuras geológicas que

atrapan esos fluidos, localización

de fracturas y menas metálicas.

Fuerza y esfuerzo

Tipos de esfuerzo

Deformación

Cómo se deforman las rocas

La deformación de las rocas

La gran mayoría de las rocas de la corteza se encuentran

deformadas.

Al igual que cualquier otro material, se deforman ante la acción de

esfuerzos externos. Estudiando la deformación podemos saber cómo

han sido los esfuerzos que la produjeron y, por tanto, reconstruir la

actividad tectónica pasada en una región.

Para describir las fuerzas que deforman las rocas, los geólogos

estructurales utilizan el término esfuerzo, que es la cantidad de fuerza

aplicada sobre un área determinada.

Fuerza y esfuerzo

Dos variables que condicionan la deformación de las rocas son la

magnitud de la fuerza.

La fuerza es lo que tiende a poner en movimiento los objetos

estacionarios o a modificar los movimientos de los cuerpos que se

mueven.

El esfuerzo es la cantidad de fuerza aplicada sobre un área

determinada.

A mayor fuerza mas deformación

A menor superficie mayor deformación

El esfuerzo puede aplicarse de manera uniforme en todas las

direcciones (presión de confinamiento).

Cuando se aplica un esfuerzo en direcciones diferentes o de manera

no uniforme se denomina esfuerzo diferencial.

Tipos de esfuerzo

El esfuerzo

compresional

horizontal hace

que la roca se

acorte

horizontalmente

y se engrose

verticalmente.

Tipos de esfuerzo

La dinámica de las placas somete a las rocas a esfuerzos que pueden

ser de compresión, distensión, cizalla, flexión y torsión. Ante ellos, las

rocas sufren plegamientos, roturas o dislocaciones. Cuando esto

ocurre, se dice que la roca se ha deformado.

El esfuerzo

tensional

horizontal hace

que la roca se

alargue

horizontalmente

y se adelgace

verticalmente.

El esfuerzo de

cizalla o de

corte provoca

desplazamiento

a lo largo de las

zonas de falla o

flujo dúctil

Tipos de esfuerzo

Tipos de esfuerzo

El esfuerzo de

torsión, cuando

las cargas que

soporta la pieza

tienden a

retorcerla.

El esfuerzo

flexión, cuando

las cargas que

actúan sobre la

pieza tienden a

doblarla, como

sucede con las

vigas.

La deformación de un cuerpo es el cambio de su forma o volumen

bajo la influencia de fuerzas extremas, en términos generales se

refiere a todos los cambios de tamaño, forma, orientación o posición

de una masa rocosa.

Deformación

Cualquier cuerpo de roca con independencia de su dureza, tiene un

punto en el que se fracturará o fluirá.

De= fuera; forma= forma

Comportamiento

elástico

Recupera su forma

inicial

Comportamiento

dúctil

No recupera su

forma inicial

Comportamiento

frágil

Rotura ante un

esfuerzo

Como se deforman las rocas

Cada tipo de roca se deforma de manera diferente de acuerdo a sus

características, cuando se aplica gradualmente un esfuerzo que la

deforma:

pliegues

fallas

ondas sísmicas

Factores que deforman la roca

Temperatura: El aumento de la temperatura hace que los materiales se

comporten de una forma plástica.

Presión de confinamiento: Debida al peso de la columna de roca situada

sobre ella. A medida que aumenta la profundidad, aumenta la presión y las

rocas presentan comportamiento más plástico. Muchas rocas que en

superficie tienen un comportamiento frágil, en profundidad se comportan

como plásticos; por ejemplo las calizas en superficie son frágiles y en

profundidad se pliegan.

Presencia de fluido (agua, petróleo): Generalmente facilita la deformación

plástica al reblandecer los materiales y rebajar el punto de fusión.

Intensidad y duración del esfuerzo: Una roca ante un esfuerzo moderado

pero prolongado puede sufrir una deformación plástica y ante un esfuerzo

intenso y corto puede fragmentarse.

Cartografía de las estructuras geológicas

Es la ciencia que se encarga del trazado y el estudio de mapas

geográficos. Sus orígenes son muy antiguos, aunque no pueden

precisarse con exactitud ya que la definición de mapa ha cambiado

con el correr de los años.

Dirección

Buzamiento

El buzamiento es el sentido u orientación de la inclinación de los estratos en

un relieve de plegamiento formado en rocas sedimentarias, que son las que

se disponen en forma de capas o estratos.

Dirección (Rumbo) y Buzamiento (Inclinación)

1.- Rumbo o Dirección: Orientación del pliegue en el planohorizontal dirigido al Norte y se mide mediante una brújula.

2.- Buzamiento o Inclinación o Manteo: Es el ángulo de máximapendiente. El buzamiento es perpendicular al rumbo, nunca esparalelo.

¿Cómo se describe toda estructura geológica?

Medición de la Dirección o Rumbo

Buzamiento de un plano, ß:

Ángulo entre la línea de máxima pendiente en dicho plano (perpendicular a

la dirección del plano) y un plano horizontal, medido sobre un plano

vertical. Se califica como buzamiento real frente al buzamiento aparente.

PlieguesPliegues

Pliegues

Cuando se somete un material

plástico a esfuerzos de

compresión, se deforma en

una serie de ondulaciones

denominadas pliegues.

Los pliegues son

deformaciones continuas en

las que se altera toda la masa

rocosa, mientras que en las

fallas y en las diaclasas la

deformación se concentra en

la superficie de fractura, pero

no afecta directamente a los

bloques.

Elementos de los pliegues

-Charnela: zona de máxima curvatura de un pliegue.

-Flanco: zona comprendida entre dos charnelas.

-Plano axial: une las distintas charnelas de las capas plegadas.

-Eje del pliegue: línea imaginaria que resulta de la intersección

del plano axial con la charnela.

Tipos de pliegues

• Según el sentido de la curvatura

• Según la inclinación del planto axial

• Según la antigüedad de los materiales

plegados

Pliegue antiforme

Pliegue sinforme

Pliegue neutro

Pliegue recto

Pliegue tumbado

Pliegue inclinado

Pliegue anticlinal

Pliegue sinclinal

Pliegue suave

Pliegue abierto

Pliegue isoclinalPliegue apretado-

cerrado

De charnela roma De charnela aguda

Pliegues en cofre

Pliegue monoclinal

Tipos de pliegues

Tipos de Pliegues

Tipos de Pliegues

Domos

Cubetas

Domos y cubetas

Domos:

Son grandes

elevaciones de las

rocas del basamento

pueden deformar la

cubierta de estratos

sedimentarios

superiores y generar

grandes pliegues.

Domos y cubetas

Cubetas:

Son estratos de

pendientes muy

suaves y se definen

con una geometría

cóncava. Se piensa

que por su peso hizo

que se hundieran.

Fallas

Las fallas son fracturas en la corteza a lo largo de las cuales ha tenido lugar un desplazamiento apreciable.

Las rocas se rompen y pulverizan conforme los

bloques de corteza situados en los lados opuestos

de una falla se rozan unos contra otros (salbanda

de falla).

En algunas superficies de falla, las rocas acaban

muy pulidas y estriadas, o con surcos (espejos de

falla).

La roca situada inmediatamente por

encima de una superficie de falla se

denomina techo y la de abajo, muro,

(según los nombres que utilizaban los

mineros que excavaron las menas a lo

largo de las zonas de falla).

Fallas

Las fallas se clasifican por sus movimientos relativos,

que pueden ser predominantemente horizontales,

verticales u oblicuos.

Fallas de Desplazamiento

Verticalo El movimiento es fundamentalmente paralelo al

buzamiento (o inclinación) de la superficie de falla.

o Puede producir pequeños resaltes denominados

escarpes de falla (scarpe = pendiente).

Los dos tipos principales de fallas con desplazamiento vertical

se denominan fallas normales y fallas inversas.

Además, cuando una falla inversa tiene un ángulo de

buzamiento (inclinación) menor a 45°, se denomina

cabalgamiento.

La erosión tiene el poder

de modificar el bloque

levantado.

El bloque de techo se desplaza hacia abajo en

relación con el bloque de muro.

La mayoría tienen buzamientos de 60°, que

tienden a disminuir con la profundidad.

La mayoría son pequeñas, con

desplazamientos más o menos de un metro.

Estratos rocosos

antes de la falla.

Movimiento relativo

de los bloques

desplazados. El

movimiento puede

continuar formando

un relieve

montañoso limitado

por fallas a lo largo

de millones de años

y que representa

muchos episodios de

fracturación

espaciados en el

tiempo.

Algunas se extienden decenas de kilómetros, dibujando sinuosamente el límite de un frente montañoso.

Las fallas normales a gran escala como éstas se asocian a estructuras denominadas montañas limitadas por fallas.

Basin and Range ~ Estados Unidos

La topografía de la provincia Basin and

Range ha sido generada por un sistema

de fallas normales con un rumbo

aproximado norte-sur.

Los movimientos a lo largo de estas

fallas han producido bloques de falla

elevados alternos y denominados horsty bloques hundidos llamados graben.

Las estructuras llamadas fosas tectónicas asimétricas (bloques de falla inclinados)

también contribuyen a la alternancia de

altos y bajos topográficos en este lugar.

Las pendientes de las fallas normales de la

provincia Basin and Range disminuyen con

la profundidad y finalmente se juntan para

formar una falla casi horizontal

denominada falla de despegue.

Las fallas con desplazamiento vertical son también predominantes en los centros de

expansión, donde se produce la divergencia entre las placas tectónicas.

Valle del Rift~ Africa

Las fallas normales indican la existencia de esfuerzos

tensionales que separan la corteza. Esa separaciónpuede llevarse a cabo o bien por levantamiento, que

hace que la superficie se estire y se rompa, o bien

mediante fuerzas horizontales opuestas.

Son fallas con

desplazamiento vertical en

las cuales el bloque de techo

se mueve hacia arriba con

respecto al bloque de muro.

Dado que el bloque de techo

se mueve hacia arriba y

sobre el bloque de muro, las

fallas inversas y los

cabalgamientos reflejan un acortamiento de la corteza.

Parque Nacional Glacier ~ Estados Unidos

Fallas Inversas Cabalgamientos

Buzamientos>45°

Suelen ser pequeñas.

Aparecen en entornos

tensionales.

Buzamientos<45° Existen a todas escalas.

Son resultado de

fuertes esfuerzos

compresivos.

Desarrollo idealizado del manto de cabalgamiento Lewis

o El desplazamiento dominante es horizontal y paralelo

a la dirección de la superficie de la falla.

o Debido a su gran tamaño y naturaleza lineal, muchas

tienen una traza que es visible a lo largo de una gran

distancia.

En vez de una fractura única a lo largo de la cual tiene lugar el movimiento, las fallas de desplazamiento horizontal consisten en una zona de fracturas aproximadamente paralelas, cuya anchura puede ser superior a varios kilómetros.

El movimiento más

reciente, sin embargo,

suele producirse a lo largo

de una banda de tan sólo

unos pocos metros de

ancho que puede cortar

estructuras como los

cauces de los ríos.

Los primeros registros científicos de fallas de deslizamiento horizontal se debieron al

seguimiento de zonas de ruptura superficial que habían producido

intensos terremotos.

Las fallas de rumbo se clasifican, según el sentido de movimiento de los bloques (referenciado a la

posición de un observador situado sobre un bloque):

Sinestrales, cuando el bloque opuesto al que ocupa el observador se mueve a la izquierda.

Dextrales, cuando el bloque opuesto al que ocupa el observador se mueve a la derecha.

Great Glen Way~ Escocia

o Son fracturas a lo largo de las cuales no se

ha producido desplazamiento apreciable.

o Aunque algunas tienen una orientación

aleatoria, la mayoría se producen en grupos

aproximadamente paralelos.

La mayoría de las diaclasas se

producen cuando se

deforman las rocas de la

corteza más externa.

En esta zona, los esfuerzos

tensionales y de cizalla

asociados con los

movimientos de la corteza

hacen que las rocas se

rompan frágilmente.

Cizalla: ancha zona de deformación generada bajo condiciones dúctiles, las rocas son deformadas

frágilmente en los niveles superiores de la corteza terrestre y dúctilmente en los inferiores.

Desfiladero del Pedroso ~ Espana~

Causadas por un sistema de fuerzas tensionales que actúan

sobre el cuerpo rocoso, como resultado de un enfriamiento

(roca ígnea) o de una desecación (roca sedimentaria).

Los Órganos ~ Islas Canarias

Calzada de los

Gigantes ~ Irlanda

Grietas de Desecacion

Las diaclasas

columnares se forman

cuando las rocas

ígneas se enfrían y se

desarrollan fracturas

de retracción que

producen columnas

alargadas en forma de

pilares.

Puede desarrollarse más o menos paralelamente a la superficie del

terreno, especialmente en intrusiones ígneas plutónicas.

El lajamiento produce un modelo de diaclasas suavemente curvadas

que se desarrollan más o menos en paralelo a la superficie de los

grandes cuerpos ígneos.

Desfiladero

del Pedroso ~ Espana

~

Resultado directo del

plegamiento o empuje en las

rocas.

En general pueden admitirse

tres sistemas:

1. Un sistema de rumbo (diaclasas

longitudinales), paralelo a los ejes

del pliegue.

2. Un sistema inclinado (diaclasas

cruzadas), perpendicular a las

diaclasas longitudinales.

Diaclasas de Rumbo ~abcd~ y de Inclinacion ~efgh~

3. Un sistema conjugado de diaclasas oblicuas, que aparecen a bastante menos de 45° en la dirección

del transporte tectónico.

En algunos casos los dos conjuntos que forman el sistema conjugado se desarrollan desigualmente. El término diaclasade cizalla se ha utilizado para estos sistemas, al corresponder

aproximadamente con las direcciones teóricas del máximo cizallamiento (grietas de tensión).

Sistemas conjugados de diaclasas de cizalla asociados a pliegues

Diaclasas Abiertas

Se denominan grietas o fisuras.

Pueden ser vacías o rellenas.

Pueden almacenar agua y ser un factor de control en la circulación subterránea de ésta.

Pueden estar rellenas de minerales fibrosos (venas o venillas), material magmático (dique), material clástico sedimentario (dique clástico) o nuevos sedimentos que se acumulan encima (dique neptuniano).

También llamadas latentes, ciegas o

incipientes.

Pueden negarse a abrir como

resultado de la meteorización,

observándose este hecho

especialmente en calizas diaclasadas,

donde llegan a acentuarse para formar clints y grikes.

Diaclasas Cerradas

Controlan normalmente las configuraciones de drenaje y la morfología de las líneas de

costa.

Proporcionan un camino por donde el agua puede penetrar a grandes profundidades en

la masa de roca, favoreciendo así la meteorización.

Las rocas diaclasadas son permeables a los fluidos,

de aquí que puedan actuar como acuíferos o como

rocas-almacén de petróleo o gas natural.

Además, las rocas con muchas diaclasas representan

un riesgo para las grandes construcciones de

ingeniería, entre ellas las autopistas y las presas.

Presa Teton ~ Estados Unidos

Christian Shirley Calderón VenturaMarco Antonio Domínguez VermontGloria Hernández Madrigal

09-NOV-14

Ingeniería Petrolera1º. “C”