fuerzas que originan las fallas

FACULTAD DE INGENIERÍA

DivisiDivisióón de Ingeniern de Ingenieríía en Ciencias de la Tierraa en Ciencias de la Tierra

GEOLOGÍA DE YACIMIENTOS DE FLUIDOS

GEOLOGÍA DE YACIMIENTOS DE FLUIDOS

Javier Arellano GilJavier Arellano GilPresentación 17Presentación 17

SEMESTRE 2006-1

ObjetivoObjetivoRealizar el análisis y cuantificación de los fenómenos característicos del esfuerzo y la deformación en el estudio de las estructuras geológicas, como una aplicación de la mecánica del medio continuo en la solución de problemas en la ingeniería geológica, en particular en la exploración y explotación de yacimientos petroleros.

TEMARIO

1. Conceptos fundamentales de mecánica2. Desarrollo de Fallas y Fracturas3. Plegamientos4. Toma de datos. Análisis e Interpretación de

Estructuras mesoscópicas5. Toma de datos. Análisis e Interpretación de

Estructuras macroscópicas6. Diapirismo e Intrusiones (origen, mecánica y

distribución)7. Asociación de estructuras

¿¿Por QuPor Quéé Estudiar Las Estudiar Las Estructuras GeolEstructuras Geolóógicas?gicas?@@ En primer lugar, porque nos ayudan a descifrar En primer lugar, porque nos ayudan a descifrar

los acontecimientos de la historia geollos acontecimientos de la historia geolóógica.gica.

@@ Porque describen las caracterPorque describen las caracteríísticas geolsticas geolóógicas gicas actuales.actuales.

@@ Porque nos ayudan a predecir la evoluciPorque nos ayudan a predecir la evolucióón n geolgeolóógica de una regigica de una regióón.n.

@@ Por su importancia Social y EconPor su importancia Social y Econóómica.mica.

IntroducciIntroduccióónn

@@ En esta parte del curso hablaremos de los En esta parte del curso hablaremos de los procesos que dan lugar a la formaciprocesos que dan lugar a la formacióón de n de las estructuras geollas estructuras geolóógicas. Iniciaremos gicas. Iniciaremos con el tratamiento tecon el tratamiento teóórico de las fuerzas rico de las fuerzas que actque actúúan sobre un cuerpo de roca, es an sobre un cuerpo de roca, es decir el decir el esfuerzoesfuerzo, y con los cambios , y con los cambios geomgeoméétricos resultado de ellos, o tricos resultado de ellos, o deformacideformacióónn. Vamos a describir la manera . Vamos a describir la manera en como son caracterizados y registrados en como son caracterizados y registrados estos cambios geomestos cambios geoméétricos y finalmente tricos y finalmente la importancia de las estructuras la importancia de las estructuras geolgeolóógicas.gicas.

FUERZASINTRODUCCIÓN

Las fuerzas necesarias para formar majestuosas Montañas son difíciles de comprender, sobre todo las que originaron las prominencias más altas del globo terrestre:Montaña McKinley, alaska 6193 m50 picos andinos exceden 6000 mMonte Everest en los Himalayas 8848 mMonte Godwin-Austen (K2) 8613 m(FRONTERA INDO-PAQUISTANI)

Las rocas que forman estas montañas muestran los efectos de la deformación, lo cual significa que las fuerzas dinámicas del interior de la Tierra causaron el fracturamiento, el Fallamientoo el plegamiento. La actividad sísmica es una manifestación de la naturaleza continúa estas fuerzas dinámicas.

EFECTO DE LAS FUERZASEFECTO DE LAS FUERZAS

Por efecto de las fuerzas se pueden crear Por efecto de las fuerzas se pueden crear importantes cadenas montaimportantes cadenas montaññosasosas

CADENAS MONTACADENAS MONTAÑÑOSASOSAS

LA ZONA ECONÓMICA EXCLUSIVA DE MÉXICO

Golfo de MGolfo de Mééxicoxico

BANCO DE CAMPECHE

ABANICO DEL MISSISSIPI

CUENCA DE MEXICO

FUERZASFUERZASLa Tierra es un planeta activo con diversos procesos que están siendo activados por el calor interno, en particular por el movimiento de las placas litosféricas.

La mayor parte de la actividad sísmica de la tierra y la deformación de las rocas tiene lugar en los límites de placas divergentes, convergentes y de transformación.

Esta parte del curso esta dedicado a una revisión de los diversos tipos de fuerzas y esfuerzos responsables de originar las distintas estructuras geológicas.

LAS PLACAS TECTÓNICAS Y SUS LÍMITES

CONCEPTOS CLAVECONCEPTOS CLAVE

FUERZA

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

ESTRUCTURA GEOLÓGICA

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

TECTÓNICA

ESTRUCTURA GEOLESTRUCTURA GEOLÓÓGICAGICAEs el particular arreglo espacial y temporal que guardan los componentes rocosos o un conjunto rocoso. Las estructuras geológicas presentan características geométricas distintivas y otros rasgos característicos de los que sobresalen: la forma, el tamaño, sus límites, sus relaciones, su orientación, el tipo de material, su distribución geográfica, etc. Las estructuras geológicas de acuerdo con su origen, y características se dividen en primarias y secundarias. Todas tienen importancia para entender distintos procesos geológicos y algunas, son de interés económico por las sustancias que contienen.

ESTRUCTURASESTRUCTURAS GEOLGEOLÓÓGICASGICASPRIMARIAS SECUNDARIAS

ROCAS ÍGNEAS ROCAS SEDIMENTARIAS

CUALQUIER TIPO DE ROCA

INTRUSIVAS EXTRUSIVAS ESTRATRIFICACIÓN:§ Cruzada§ Tabular§ Convoluta§ Gradada§ Lenticular§ Flaser

Pliegues:§ Anticlinal § SinclinalDique

MantoLacolitoBatolitoFacolitoLopolitoTroncoDiaclasa

DERRAMES O COLADAS:§ Anticlinorio§ Sinclinorio

§ Monoclinal § Homoclinal

§ Acordeada§ AA§ Pahoehoe§ en bloque§ Pillow lava

FALLAS: § Normal

horst graben

IMBRICACIÓN § Inversa

LAMINACIÓN cabalgadurasobrecorrimiento napaklippe

§ Lateral izquierdaderecha

VOLCANES§ Escudo§ Estratovolcán§ Cinerítico§ Maar

MARCAS DE CARGA

HUELLAS DE LLUVIA

MARCAS DE BASE

GRIETAS DE DESECACIÓN

DOMO RIZADURAS:§ Oscilación§ Corriente

FRACTURAS

CALDERA FOLIACIÓN

DIACLASA

VESÍCULA ESTRUCTURASORGÁNICAS:

§ Estromatolitos§ Galerías§ Arrecifes

PISOLITO

ESTRUCTURA PRIMARIAESTRUCTURA PRIMARIAEstructuras primarias son aquéllas que se originan simultáneamente a la formación de las rocas como resultado de su depósito o su emplazamiento. Son características singenéticasde las rocas por lo que las características que las distinguen están presentes antes de la deformación. Las estructuras primarias pueden ocurrir en rocas sedimentarias y en rocas ígneas; su existencia es clave para interpretar los procesos de acumulación o depósito y el medio ambiente en que se formaron.

ESTRUCTURAS PRIMARIASESTRUCTURAS PRIMARIAS

ESTRUCTURAS PRIMARIASESTRUCTURAS PRIMARIASAlgunas características distintivas (forma y geometría) de las estructuras primarias se conservan cuando las rocas son sometidas a esfuerzos y se deforman.Los elementos geométricos que se reconocen en las secuencias deformadas se utilizan como referencia para la interpretación de los estilos, magnitud y fases de deformación, también son importantes para interpretar la magnitud, el sentido y los tipos de esfuerzos que las originaron; la estratificación por ejemplo, es la referencia principal para describir e interpretar los distintos tipos de pliegues.

ESTRUCTURA SECUNDARIAESTRUCTURA SECUNDARIA

Son aquellas estructuras geológicas que adquieren las rocas, posteriormente a su litificación como respuesta a un estado de esfuerzo y por cambios en la temperatura. Los cambios que experimentan las rocas son irreversibles y se expresan como deformación o metamorfismo. Las estructuras secundarias se pueden desarrollar tanto en rocas ígneas, como sedimentarias o metamórficas; sus características finales dependen de diversos factores, entre otros, la propia naturaleza de las rocas sujetas al proceso de deformación.

ESTRUCTURAS SECUNDARIASESTRUCTURAS SECUNDARIAS

ESTRUCTURAS SECUNDARIASESTRUCTURAS SECUNDARIAS

ESTRUCTURAS SECUNDARIASESTRUCTURAS SECUNDARIAS

ESTRUCTURAS SECUNDARIASESTRUCTURAS SECUNDARIAS

Loc. Crayola -1 Oferta -1

PES- 13 PES- 16N S W E

Jurasico

Mioc. Inf.

LERMA-3

OFERTA-1LERMA-3

MIOCENO INFERIOR MIOCENO MEDIO

OLIGOCENO

JURASICO

OFERTA-1

SEC-16-5

SEC-17-5

SEC-26-5

SEC-25-5

SEC-30-0

K

LOC. CRAYOLA-1

PES- 16W E

GEOLOGGEOLOGÍÍA ESTRUCTURALA ESTRUCTURALEs la rama de la Geología que se encarga del estudio de las características estructurales de las masas rocosas que forman la corteza terrestre, de la distribución geográfica de tales características, del tiempo geológico y de las causas que las originaron; también es importante su identificación, descripción y representación gráfica en mapas y secciones geológicas. Las estructuras geológicas, las podemos estudiar a nivel microscópico (microscopio petrográfico y estereoscópico), en láminas delgadas, en una muestra de mano, en un afloramiento o como un rasgo mayor en una sección sísmica, en una fotografía aérea o en una imagen de satélite; por lo que se describen también como microestructuras, mesoestructuras y macroestructuras.La Geología Estructural se encarga de estudiar únicamente a las estructuras geológicas producto de la deformación.

TECTTECTÓÓNICANICA

.Es la rama de la Geología que se encarga del estudio de los rasgos estructurales mayores de la Tierra, de su distribución geográfica y de las causas que los originaron.

Los rasgos estructurales mayores de la Tierra pueden ser estudiados utilizando imágenes de satélite, cadenas o cinturones montañosos deformados, analizando zonas sísmicas y volcánicas, etc.

FUERZAFUERZALas fuerzas son fenómenos de atracción y repulsión entre los cuerpos que se pueden representar cuantitativamente por medio de vectores.

Son el producto de una aceleración por una masa:

F = m a

FuerzaFuerza@@ Existen dos tipos de fuerzas: de cuerpo y de Existen dos tipos de fuerzas: de cuerpo y de

superficie.superficie.@@ Se pueden representar cuantitativamente por Se pueden representar cuantitativamente por

medio de vectores.medio de vectores.

FUERZASFUERZASUna fuerza puede ser representada por medio de un vector el cual tiene una magnitud, dirección y sentido característicos. Por lo tanto, con las fuerzas se pueden realizar todas las operaciones vectoriales.

UNIDADES DE FUERZAUNIDADES DE FUERZA[masa] [longitud] [tiempo-2]

NEWTON (N): Equivalente a la fuerza que comunica a un cuerpo de 1 kilogramo de masa una aceleración de 1 metro por segundo al cuadrado:

N = kg . m/s2

DINA (D): Unidad de medida de fuerza que equivale a 10-5 N (0.00001 N) = 1.0197 x 10-3 grf

D = gr cm/s2

KILOGRAMO FUERZA O KILOPONDIO (Kgf): Unidadde fuerza que equivale a la fuerza con que una masade 1 kilogramo es atraída por la Tierra.

EsfuerzoEsfuerzo@@ DefiniciDefinicióón: Es un par igual y opuesto de fuerzas que n: Es un par igual y opuesto de fuerzas que

actactúúan en un cuerpo, por unidad de an en un cuerpo, por unidad de áárea.rea.@@ La magnitud del esfuerzo depende de la magnitud La magnitud del esfuerzo depende de la magnitud

de la fuerza y el tamade la fuerza y el tamañño de la superficie sobre la que o de la superficie sobre la que actactúúa.a.

Esfuerzo (Esfuerzo (σσ) = Fuerza / ) = Fuerza / ÁÁrearea@@ Unidades de medida para el SI:Unidades de medida para el SI:

Fuerza: newton (N) = 1 Fuerza: newton (N) = 1 kgkg m / sm / s22

Esfuerzo: pascal (Esfuerzo: pascal (PaPa) = 1 N / m) = 1 N / m22 (presi(presióón)n)1 1 barbar = 10= 1055 pascalespascales = 0.1 M = 0.1 M PaPa

@@ Unidades de esfuerzo:Unidades de esfuerzo: [masa] [longitud[masa] [longitud--11] [tiempo] [tiempo--22]]

SISTEMA DE REFERENCIASISTEMA DE REFERENCIA

•SISTEMA DE COORDENADASCARTESIANAS:

(x,y,z)

.SISTEMA DE COORDENADASGEOGRÁFICAS:

(latitud, longitud y altitud)

FUERZASFUERZASLas fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden ser de dos tipos, dependiendo de su origen:

Si surgen del interior de la materia se denominan Fuerzas de Cuerpo, en caso contrario se denominan Fuerzas de Superficie.

FUERZAS DE CUERPOFUERZAS DE CUERPOLas fuerzas de cuerpo o de masa son fuerzas que pueden trabajar sobre un objeto a distancia.

La magnitud de la fuerza Depende de la cantidad de materia afectada, está distribuida de manera contínua en todo el medio.

Son ejemplos de este tipo de fuerzas la gravedad, el magnetismo y la fuerza centrífuga (actúa cuando el material se somete a rotación).

FUERZAS DE SUPERFICIEFUERZAS DE SUPERFICIELas fuerzas de superficie se denominan así, porque operan a través de una superficie de contacto; ocurre entre partes adyacentes de un sistema de roca.

Situación gobernada por la Tercera Ley de Newton :

Para un cuerpo en reposo o en movimiento uniforme, a toda acción existe una reacción igual y opuesta.

La magnitud de una fuerza de superficie depende del área sobre la que actúa.

TIPOS DE FUERZASTIPOS DE FUERZAS@@ Cuando se aplican fuerzas en Cuando se aplican fuerzas en

direcciones diferentes se direcciones diferentes se denominan denominan fuerzas fuerzas diferencialesdiferenciales..

@@ Si aplicamos una fuerza Si aplicamos una fuerza atravatravééssde un plano, de tal manera que de un plano, de tal manera que las partlas partíículas a cada lado del culas a cada lado del plano sean plano sean ““empujadasempujadas””, una , una hacia otra, la fuerza es hacia otra, la fuerza es compresiva.compresiva.

@@ En Ciencias de la Tierra, las En Ciencias de la Tierra, las fuerzas compresivas se fuerzas compresivas se consideran positivas.consideran positivas.

TIPOS DE FUERZASTIPOS DE FUERZAS@@Cuando los fuerzas Cuando los fuerzas diferenciales tienden a diferenciales tienden a alargar un cuerpo se alargar un cuerpo se conocen como conocen como fuerzas fuerzas tensionalestensionales..

@@Las partLas partíículas a cada lado culas a cada lado del plano tienden a del plano tienden a separarse.separarse.

@@En Ciencias de la Tierra, En Ciencias de la Tierra, las fuerzas las fuerzas tensionalestensionales se se consideran negativas. consideran negativas.

TIPOS DE FUERZASTIPOS DE FUERZAS@@Una fuerza a travUna fuerza a travéés de un plano puede s de un plano puede tener cualquier direccitener cualquier direccióón relativa al plano.n relativa al plano.

@@Si la fuerza tiene una direcciSi la fuerza tiene una direccióón paralela a n paralela a la normal del plano se le llama la normal del plano se le llama fuerza fuerza normal.normal.

@@Cuando las fuerzas no tiene un eje de Cuando las fuerzas no tiene un eje de aplicaciaplicacióón, es decir, no son coaxiales, se n, es decir, no son coaxiales, se denomina denomina fuerza de cizalla, cortante o fuerza de cizalla, cortante o tangencial.tangencial.

@@Las fuerzas de cizalla tienen una Las fuerzas de cizalla tienen una direccidireccióón perpendicular a la normal al n perpendicular a la normal al plano.plano.

TIPOS DE FUERZASTIPOS DE FUERZASLa componente normal de una fuerza siempre puede ser clasificada como compresiva o de tensión (es positiva o negativa).La componente de cizalla no es ni compresiva ni de tensión. Una fuerza de cizalla es positiva cuando produce un giro relativo en contra de las manecillas del reloj y es negativa cuando ocurre lo contrario.

FUERZASFUERZAS

FUERZASFUERZAS

FUERZASFUERZASEjercicio 1. Deduzca las ecuaciones que relacionan las magnitudes de la Fuerza Normal (Fn) y de cizalla (Fs), con la magnitud de la Fuerza Total (F) y el ángulo θ, medido entre F y la normal del plano sobre el cual F está actuando.

Ejercicio 2. Dibuje en una representación a escala un vector de fuerza de 200 Dinas, inclinado 34° con respecto a la normal del plano P, en el cuadrante donde los signos son positivos. Construya gráficamente las componentes Normal y de Cizalla y de sus magnitudes.

FUERZASFUERZASEjercicio 3. Calcule la Fuerza que se ejerce en la base (1m2) de una columna de calizas a una profundidad de 1000 m, que tienen una densidad promedio de 2.64 g/cm3 , considere que la gravedad tiene un valor de 981 cm/seg2.

Ejercicio 4. Calcule la fuerza que se ejerce en la base de una Placa Tectónica que tiene un espesor promedio de 100 km, un área de 4 x 108 km2 y una densidad media de 2.856 g/cm3.