GEOLOGIA ESTRUTURAL

Aulas 6FALHAS: NORMAIS E INVERSAS

Prof. Eduardo Salamuni(Arte: Acadêmica Marcela Fregatto)

Aulas 6FALHAS: NORMAIS E INVERSAS

Prof. Eduardo Salamuni(Arte: Acadêmica Marcela Fregatto)

FALHAS NORMAISSistemas Extensionais

INTRODUÇÃODefinições

• As falhas normais geralmente estão inseridas em zonas ondehá alívios das tensões, resultando abatimento de blocos.Também podem ocorrer em sistemas transtracionais.

• A existência de um sistema normal pode ser explicada pelareativação de zonas de fraqueza pré-existentes.

• Em geral os mergulhos são médios e podem se estender aprofundidades de cerca de 15 ou 20 km, podendo adentrar odomínio dúctil, onde se tornam mais largas.

• Geometricamente um sistema normal pode se encurvar, atétornar-se uma falha única caracterizada como uma zona dedescolamento.

INTRODUÇÃODefinições

• As falhas normais geralmente estão inseridas em zonas ondehá alívios das tensões, resultando abatimento de blocos.Também podem ocorrer em sistemas transtracionais.

• A existência de um sistema normal pode ser explicada pelareativação de zonas de fraqueza pré-existentes.

• Em geral os mergulhos são médios e podem se estender aprofundidades de cerca de 15 ou 20 km, podendo adentrar odomínio dúctil, onde se tornam mais largas.

• Geometricamente um sistema normal pode se encurvar, atétornar-se uma falha única caracterizada como uma zona dedescolamento.

Localização de sistemas extensionais (ou tracionais) na crosta:podem estar em crosta oceânica…

…ou crosta continental (grande rifte do leste da África).

Modificado de: http://www.uwsp.edu/geo/faculty

Modos de ocorrência• Falhas normais geralmente

ocorrem onde a litosferaestá estirada ou afinada.

• São as principaiscomponentes estruturais demuitas das bacias riftes,onde possuem maiorsignificado para aexploração dehidrocarbonetos, p. ex.

• Também podem ocorrer emdeltas ou em porções dascadeias onde há grandesescorregamentos ou slumps.

Modos de ocorrência• Falhas normais geralmente

ocorrem onde a litosferaestá estirada ou afinada.

• São as principaiscomponentes estruturais demuitas das bacias riftes,onde possuem maiorsignificado para aexploração dehidrocarbonetos, p. ex.

• Também podem ocorrer emdeltas ou em porções dascadeias onde há grandesescorregamentos ou slumps.

MECANISMO DE EXTENSÃO

1

Ensaio laboratorial em modelo reduzido, simulando a formação dehemi-graben

Posição dos eixos de tensão(modelo andersoniano)

http://www.uwsp.edu/geo/faculty

ARRANJOS GEOMÉTRICOS

• O arranjo das zonas normais separa cunhas, lascas ou escamasacunhadas e encurvadas na base. Esse arranjo é chamado delístrico e as cunhas compõem o denominado leque imbricadodistensivo, quando ultrapassa alguns quilômetros deprofundidade.

• Se a profundidade da falha é pequena, pode ocorrer o padrãotrapezoidal, ou a geometria em dominó, ou então falhasrotacionais, comuns na distensão.

• É comum a ocorrência de horsts e grabens como estruturasassociadas às zonas distensivas (ou transtrativas), bem como avariação típica de hemi-grabens, que podem ser controladoscomo falhas lístricas.

ARRANJOS GEOMÉTRICOS

• O arranjo das zonas normais separa cunhas, lascas ou escamasacunhadas e encurvadas na base. Esse arranjo é chamado delístrico e as cunhas compõem o denominado leque imbricadodistensivo, quando ultrapassa alguns quilômetros deprofundidade.

• Se a profundidade da falha é pequena, pode ocorrer o padrãotrapezoidal, ou a geometria em dominó, ou então falhasrotacionais, comuns na distensão.

• É comum a ocorrência de horsts e grabens como estruturasassociadas às zonas distensivas (ou transtrativas), bem como avariação típica de hemi-grabens, que podem ser controladoscomo falhas lístricas.

Falhas em dominó

Modificado de: http://earth.leeds.ac.uk Metassedimentos falhados - Elba(Itália). Foto: L.Chavez-Kus

Modelo de preenchimentode cunhas conglomeráticasem falhas normais lístricas

Sistema de falhas em dominó com atitude média de N80E e estrias com mergulhoem torno de 450 para SE, em sedimentos Terciários da Bacia de Volta Redonda.(Fonte: A. Gontijo, 1999 – Tese de Doutorado)

Metassedimentos dos Apeninos -Vieste (IT). Foto: L. Chavez-Kus

Metassedimentos da Formação Capiru , Grupo Açungui –Rio Branco do Sul (PR). Foto: E. Salamuni

Arenito da Formação Furnassobreposto a metassedimentos daFormação Capiru - Campo Largo(PR). Foto: E. Salamuni

Formação Guabirotuba –Curitiba (PR). Foto: E.

Salamuni

Grabens, horsts e hemi-grabens são típicas estruturas regionaisdesenvolvidas em sistemas extensionais (ou tracionais), queincluem também falhas normais rotacionais.

Falhas lístricas

Falhas Rotacionais

Falhas normais rotacionais são muito comuns em sistemasgeológicos que envolvem a extensão (tração). Em geralenvolvem movimentos direcional subsidiário

CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTAIS

• Em escala local, nas zonas de falhas normais, é possível aocorrência de brechas, gouges e cataclasitos, já quecomumente os sistemas normais estão no nível estruturalsuperior e até atingem a superfície. Há possibilidade, contudo,que ocorram protomilonitos e milonitos, onde a falha dedescolamento atinge níveis estruturais inferiores.Pseudotaquilitos também são observados neste tipo de regime.

• São frequentemente caracterizar-se como descolamentos(detachments), apesar do termo ser um tanto vago. Osdescolamentos podem expor rochas de alto grau metamórficona sua base (muro).

• Falhas normais podem ser importantes caminhos para aexposição atual de rochas de núcleos sedimentares.

CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTAIS

• Em escala local, nas zonas de falhas normais, é possível aocorrência de brechas, gouges e cataclasitos, já quecomumente os sistemas normais estão no nível estruturalsuperior e até atingem a superfície. Há possibilidade, contudo,que ocorram protomilonitos e milonitos, onde a falha dedescolamento atinge níveis estruturais inferiores.Pseudotaquilitos também são observados neste tipo de regime.

• São frequentemente caracterizar-se como descolamentos(detachments), apesar do termo ser um tanto vago. Osdescolamentos podem expor rochas de alto grau metamórficona sua base (muro).

• Falhas normais podem ser importantes caminhos para aexposição atual de rochas de núcleos sedimentares.

ESTRUTURAS GEOLÓGICASASSOCIADAS

• Devido a ocorrência de umconjunto de falhas normais hádesenvolvimento de baciassedimentares de pequeno egrande porte, por exemplo, emum ambiente rifte, onde asedimentação é variada em termoscomposicionais.

ESTRUTURAS GEOLÓGICASASSOCIADAS

• Devido a ocorrência de umconjunto de falhas normais hádesenvolvimento de baciassedimentares de pequeno egrande porte, por exemplo, emum ambiente rifte, onde asedimentação é variada em termoscomposicionais.

(Baseado em Leeder & Gawthorpe, 1987 inCoward, M.P. et al. (eds) ContinentalExtensional Tectonics, Geological SocietySpecial Publications, 28)

• Possibilidade dedesenvolvimento deestruturas e veiosmineralizados

• Desenvolvimento deespelhos de falha degrande porte (superfícieslisa, retilíneas ouonduladas)

Escarpa de falha normal nos Andes. Neste caso há

exposição de milonito-gnaisses do núcleo do

embasamento.

MORFOESTRUTURAS ASSOCIADAS

(Foto: Glenn Wallace)

Deslocamentos de serras e ou cristas

(Foto: autoria anônima)

Presença e evolução de escarpasPresença e evolução de escarpas

(Foto: XXXXX) (Foto: autoria anônima)

Facetas triangulares e/ou trapezoidaisFacetas triangulares e/ou trapezoidais

Wasatch Montains, CentralUtah

Bloco diagrama mostrando a evolução de facetas trapezoidais e triangulares

Escarpa de falha original (primitiva)parcialmente dissecada, com facetas

trapezoidais

Dissecação mais avançada, as facetastornam-se triangulares

Escarpa recua e as facetas ficam menosíngremes

Recuo pronunciado da escarpa e destruiçãoavançada das facetas

(Baseado em Loczy & Ladeira,1980; Geologia Estrutural eIntrodução à Geotectônica)

FALHAS INVERSASSistemas de Empurrão ouCavalgamentos (Thrusts System)

INTRODUÇÃO

• Empurrões e cavalgamentos (thrust belts) são definidos porsuperposição vertical de duas séries de estratos cuja sucessão não énormal. Portanto há contato inverso, onde estratos mais novos podemrecobrir os mais antigos ou então o horizonte de um estrato qualquerpode estar justaposto a si próprio:

(a) No caso de rochas sedimentares, se tratará de uma sucessão quenão se encontra conforme as leis da estratigrafia: a série superior estáformada por rochas mais antigas que a série inferior.

(b) No caso de rochas cristalinas, como o diagnóstico é mais difícil jáque a sucessão normal dos tipos de rochas é complexa, dependefrequentemente das hipóteses existentes a respeito de sua gênese.

INTRODUÇÃO

• Empurrões e cavalgamentos (thrust belts) são definidos porsuperposição vertical de duas séries de estratos cuja sucessão não énormal. Portanto há contato inverso, onde estratos mais novos podemrecobrir os mais antigos ou então o horizonte de um estrato qualquerpode estar justaposto a si próprio:

(a) No caso de rochas sedimentares, se tratará de uma sucessão quenão se encontra conforme as leis da estratigrafia: a série superior estáformada por rochas mais antigas que a série inferior.

(b) No caso de rochas cristalinas, como o diagnóstico é mais difícil jáque a sucessão normal dos tipos de rochas é complexa, dependefrequentemente das hipóteses existentes a respeito de sua gênese.

Sistemas compressivos geramgrandes faixas ou cinturões decavalgamento nos zonasorogenéticas.

Falhas inversas e nappes sãocomuns em cadeias de montanhasnas bordas de placasconvergentes.

Sistemas compressivos geramgrandes faixas ou cinturões decavalgamento nos zonasorogenéticas.

Falhas inversas e nappes sãocomuns em cadeias de montanhasnas bordas de placasconvergentes.

• Falhas inversas (empurrão) ou de cavalgamento são formadasem função de um stress compressivo horizontal e causamencurtamento e espessamento da crosta.

• Em função do teto deslocar-se, em movimento relativo paracima do muro, a maior parte das falhas mostra rochas maisvelhas sobre as mais novas.

• Falhas de cavalgamento apresentam, tipicamente, baixosângulos (entre 10º e 40º). Todavia, podem seccionar aestratigrafia na forma de rampas, com mergulhosconsideravelmente variáveis, até altos ângulos.

• Falhas associadas a dobramentos podem gerar falhas inversasde baixo ângulo.

• Falhas inversas (empurrão) ou de cavalgamento são formadasem função de um stress compressivo horizontal e causamencurtamento e espessamento da crosta.

• Em função do teto deslocar-se, em movimento relativo paracima do muro, a maior parte das falhas mostra rochas maisvelhas sobre as mais novas.

• Falhas de cavalgamento apresentam, tipicamente, baixosângulos (entre 10º e 40º). Todavia, podem seccionar aestratigrafia na forma de rampas, com mergulhosconsideravelmente variáveis, até altos ângulos.

• Falhas associadas a dobramentos podem gerar falhas inversasde baixo ângulo.

Exemplo da cadeia himalaiana

Posicionamentodos eixos detensão emmodelo defalhas inversas(Anderson,1942)

Posicionamentodos eixos detensão emmodelo defalhas inversas(Anderson,1942)

Modificado de: http://www.uwsp.edu/geo/faculty/hefferan

Exemplos em rochassedimentares emetassedimentares

Sedimentos da Formação Guabirotuba.Fotos: E. Salamuni

Metasedimento. Fotos: autoria anônima

ALGUMAS DEFINIÇÕES: CAVALGAMENTOS E NAPPES

• Os cavalgamentos propriamente ditos, correspondem aunidades tectônicas de dimensões modestas (pequenas) ealcance limitado e quase sempre pertencem ao mesmo domíniopaleogeográfico (os mergulhos são <300). Sua característicaprincipal é de se apresentar enraizados axialmente, ou seja,em seus extremos há geração sucessiva de uma dobra-falha,dobra normal ou até a uma terminação perianticlinal. Por esteenraizamento se estabelece a continuidade entre a unidadecavalgada e a unidade cavalgante.

• Há produção de milonitos e/ou brechas: a milonitização se dáquando as rochas são plásticas e a deformação ocorre em umnível estrutural mais profundo enquanto que a brechação oucataclase ocorre pelo intenso atrito entre os planos de falha emnível estrutural mais raso.

ALGUMAS DEFINIÇÕES: CAVALGAMENTOS E NAPPES

• Os cavalgamentos propriamente ditos, correspondem aunidades tectônicas de dimensões modestas (pequenas) ealcance limitado e quase sempre pertencem ao mesmo domíniopaleogeográfico (os mergulhos são <300). Sua característicaprincipal é de se apresentar enraizados axialmente, ou seja,em seus extremos há geração sucessiva de uma dobra-falha,dobra normal ou até a uma terminação perianticlinal. Por esteenraizamento se estabelece a continuidade entre a unidadecavalgada e a unidade cavalgante.

• Há produção de milonitos e/ou brechas: a milonitização se dáquando as rochas são plásticas e a deformação ocorre em umnível estrutural mais profundo enquanto que a brechação oucataclase ocorre pelo intenso atrito entre os planos de falha emnível estrutural mais raso.

• As nappes correspondem a unidades tectônicas de grandesdimensões, localizadas em alguns cinturões orogenéticos, tais comoo Alpino. Normalmente as superfícies autóctones e alóctonespertencem a domínios paleogeográficos diferentes, ou seja, não háenraizamento axial de tal maneira que não se pode reconstruir acontinuidade entre o que é autóctone e que é alóctone.

• O movimento horizontal de um dos conjuntos de camadas explicaa superposição observada e a noção de recobrimento.

• Por convenção a unidade superior é denominada de superfíciealóctone com relação ao local onde foi encontrada, por ter sofridotransporte.

• A superfície inferior será autóctone caso não tenha possibilidade detransporte. Há encurtamento crustal acentuado em nappes ecavalgamentos em função dos movimentos horizontais das massascontinentais e consequente esforços trangenciais.

• As nappes correspondem a unidades tectônicas de grandesdimensões, localizadas em alguns cinturões orogenéticos, tais comoo Alpino. Normalmente as superfícies autóctones e alóctonespertencem a domínios paleogeográficos diferentes, ou seja, não háenraizamento axial de tal maneira que não se pode reconstruir acontinuidade entre o que é autóctone e que é alóctone.

• O movimento horizontal de um dos conjuntos de camadas explicaa superposição observada e a noção de recobrimento.

• Por convenção a unidade superior é denominada de superfíciealóctone com relação ao local onde foi encontrada, por ter sofridotransporte.

• A superfície inferior será autóctone caso não tenha possibilidade detransporte. Há encurtamento crustal acentuado em nappes ecavalgamentos em função dos movimentos horizontais das massascontinentais e consequente esforços trangenciais.

TIPOS PRINCIPAIS DE CAVALGAMENTOS

(a) Falhas inversas (<300) ou falhas de cavalgamentopropriamente ditas.

(b) Dobras-falhas (ou dobras cavalgantes): melhor observadasem rochas sedimentares ou metassedimentares onde háintercalação granulométrica. São indicativos do sentido demovimento.

(c) Escamas de coberturas: são unidades cavalgantes em cujabase se situa um nível estratigráfico determinado, em geralsem flanco invertidos, normalmente curtas, enraizadasaxialmente.

TIPOS PRINCIPAIS DE CAVALGAMENTOS

(a) Falhas inversas (<300) ou falhas de cavalgamentopropriamente ditas.

(b) Dobras-falhas (ou dobras cavalgantes): melhor observadasem rochas sedimentares ou metassedimentares onde háintercalação granulométrica. São indicativos do sentido demovimento.

(c) Escamas de coberturas: são unidades cavalgantes em cujabase se situa um nível estratigráfico determinado, em geralsem flanco invertidos, normalmente curtas, enraizadasaxialmente.

Geração de dobras em zonas decavalgamentos: dobras-falhas

http://earth.leeds.ac.ukMetassiltito da Formação Capiru, GrupoAçungui – Almirante Tamandaré (PR).(Foto: E. Salamuni

FEIÇÕES ESTRUTURAIS AO LONGO DE FALHAS DECAVALGAMENTO OU DE EMPURRÃO

• Falhas sub-paralelas múltiplas, onde há ramificação da falhaprincipal formando fatias e escamas de falhas.

• Ocorrência de falhas transcorrentes e fraturas na base dasuperfície de carreamento, transversais à direção decavalgamentos.

• Dobras associadas podem ser oriundas de arrastos ou serimediatamente precedidas às falha de empurrão (os doisprocessos podem ocorrer em um mesmo evento).

• Os mergulhos dos empurrões são irregulares. Em regiões detopografia acidentada, quanto menor o ângulo da superfície dafalha mais sinuoso será seu traço em mapa (Vs bem abertosnos vales). Falhas de ângulos mais altos mostram Vs maisfechados quando são cortados por um vale.

FEIÇÕES ESTRUTURAIS AO LONGO DE FALHAS DECAVALGAMENTO OU DE EMPURRÃO

• Falhas sub-paralelas múltiplas, onde há ramificação da falhaprincipal formando fatias e escamas de falhas.

• Ocorrência de falhas transcorrentes e fraturas na base dasuperfície de carreamento, transversais à direção decavalgamentos.

• Dobras associadas podem ser oriundas de arrastos ou serimediatamente precedidas às falha de empurrão (os doisprocessos podem ocorrer em um mesmo evento).

• Os mergulhos dos empurrões são irregulares. Em regiões detopografia acidentada, quanto menor o ângulo da superfície dafalha mais sinuoso será seu traço em mapa (Vs bem abertosnos vales). Falhas de ângulos mais altos mostram Vs maisfechados quando são cortados por um vale.

Recobrimento entre camadas de mesma idade

Foto: autoria desconhecida

Estilo de dobras diferenciadas, em zonas de cavalgamento

http://earth.leeds.ac.uk

SISTEMAS DE EMPURRÃO (THRUSTS SYSTEMS)

• Thrusts são falhas contracionais, ou seja, falhas que encurtam oacamamento (ou a superfície referencial). Apresentam característicasde falhas inversas e de cavalgamento formando um sistema no qualocorrem diversos planos de falhas. Apresentam-se também comoleques imbricados ou duplexes, podendo ser subdivididos em cincotipos principais.

• Os empurrões apresentam uma geometria em lascas ou fatias e seuarranjo compõe o leque imbricado. As zonas de cisalhamento quelimitam as lascas diminuem seus mergulhos em profundidade ejuntam-se numa zona única maior denominada de empurrão basal. Sehouver correspondência ao limite inferior da massa rochosa échamada de zona de descolamento (detachment).

• As falhas de empurrão, em tese, apresentam ângulos menores que450.

SISTEMAS DE EMPURRÃO (THRUSTS SYSTEMS)

• Thrusts são falhas contracionais, ou seja, falhas que encurtam oacamamento (ou a superfície referencial). Apresentam característicasde falhas inversas e de cavalgamento formando um sistema no qualocorrem diversos planos de falhas. Apresentam-se também comoleques imbricados ou duplexes, podendo ser subdivididos em cincotipos principais.

• Os empurrões apresentam uma geometria em lascas ou fatias e seuarranjo compõe o leque imbricado. As zonas de cisalhamento quelimitam as lascas diminuem seus mergulhos em profundidade ejuntam-se numa zona única maior denominada de empurrão basal. Sehouver correspondência ao limite inferior da massa rochosa échamada de zona de descolamento (detachment).

• As falhas de empurrão, em tese, apresentam ângulos menores que450.

Sistema de empurrão do tipo duplex: rampas e zonas planaspouco deformadas

Rampas frontais e o empurrãoRampas frontais e o empurrão

Foto: autoria desconhecida

Rampas frontais e laterais em 3D

Leques imbricados

Grandes lascas de camadas posicionadas no sentido estratigráficoinverso

http://earth.leeds.ac.ukhttp://earth.leeds.ac.uk

Xistos quartzosos da Formação Betara, Complexo Setuva – Itaperuçu (PR). (Foto: E.Salamuni)

Leques imbricados 2

Quartzitos da Formação Betara, Complexo Setuva –Itaperuçu (PR). (Foto: E. Salamuni)

Leques imbricados 3

Metarenitos da Formação Capiru,Grupo Açungui– Bocaiúva do Sul(PR). (Foto: E. Salamuni)

Back thrusts (empurrões reversos)

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