geologia estructural apuntes 2003 ucm

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GEOLOGIA ESTRUCTURALBloque I. Fundamentos sobre deformacin y comportamiento mecnico de las rocas.Tema 1. Fuerza y esfuerzo. Las fuerzas que actan sobre un cuerpo son de dos tipos: Masivas o de volumen: surgen en el seno del material y son proporcionales a la masa del cuerpo. Se miden en unidad de fuerza/volumen. Ej: gravedad, centrifuga. Superficie o esfuerzo: son las fuerzas que actan en la superficie del cuerpo. Se miden en fuerza por unidad de superficie. = dF/dS Se puede descomponer en dos: Esfuerzo normal (): esfuerzo perpendicular a la superficie. Puede ser de traccin (-) o de compresin (+). Esfuerzo de cizalla (): es un esfuerzo paralelo a la superficie. El esfuerzo normal se descompone en las tres direcciones del espacio: 1 > 2 > 3 Cuando los tres esfuerzos son iguales nos da una esfera, pero lo usual es un elipsoide de esfuerzos.

Al someter la roca a diferentes esfuerzos obtenemos diferentes crculos de Mohr. El esfuerzo de cizalla mximo se produce cuando es 45 (en realidad nunca se llega a 45)

~~~ ngulo de rozamiento de la roca.

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Al unir todos los puntos de rotura (R) determinamos el dominio estable y el dominio inestable. La formula de la lnea es: = 0 + tg

Segn aumentamos 1 y 3 el ngulo de fractura es mayor, aproximndose a 90. Diferentes tipos de curvas intrnsecas.

El aumento de presin de los fluidos de impregnacin puede provocar la rotura por desplazamiento del crculo de Mohr.

Trayectorias de esfuerzos. Son las lneas ortogonales que representan las direcciones de los esfuerzos principales.

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Puntos istropos. Son aquellos en los que los esfuerzos principales tienen igual valor, pueden ser positivos (cuando hay entrelazamiento de las trayectorias) y negativos (cuando no).

Pto. istropo positivo

Pto. istropo negativo

Tema 2. Estado de deformacin de las rocas. Deformacin Es el desplazamiento a nuevas posiciones de las partculas que constituyen una masa rocosa al estar sometido a esfuerzos. Tipos de deformacin: Traslacin global en masa. o Traslacin o Rotacin. deformacin interna. o Dilatacin o compresin. o Distorsin. Trayectoria real (T. R.): Es la lnea que une todas las posiciones por las que ha ido pasando la partcula durante la deformacin. Vector desplazamiento (V. D.): Es el vector que describe el desplazamiento de la partcula desde el estado no deformado, al estado deformado.

Campo de desplazamiento: Conjunto de vectores desplazamiento. Gradiente de desplazamiento: Es la manera en que los vectores de desplazamiento varan de un punto a otro en un cuerpo deformado.

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Deformacin homognea. El gradiente de desplazamiento es constante. Se caracteriza por: Las lneas rectas permanecen rectas, hasta despus de la deformacin. Las lneas paralelas se mantienen paralelas. Todas las lneas con la misma direccin poseen e, , , iguales. Deformacin heterognea. El gradiente de desplazamiento no es constante. Se caracteriza por: Las lneas rectas se convierten en cuervas. Las lneas paralelas pierden su paralelismo. Para cualquier lnea los valores de e, , , son diferentes.

e: Extensin.e = l1 l2 / l0 l1: Longitud final. l2: Longitud inicial.

: Elongacin cuadrtica. = (l1 / l0)2 = (1 + e)2 El cuadrado de la longitud final de una lnea de dimensin original la unidad.

: deformacin angular por cizalla.Angulo de desviacin de dos lneas que formen un ngulo recto.

: deformacin por cizalla.tg Tipos de cizalla Pura: Las partculas se desplazan paralelas a los ejes por que los esfuerzos estn contenidos en el mismo eje pero tienen sentidos opuestos. No es una deformacin rotacional.

Simple: Presenta rotacin interna y dos esfuerzos de sentidos opuestos no contenidos en el mismo eje (creando un par de fuerzas).

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Tema 3. Comportamiento mecnico de las rocas sometidas a campos de esfuerzos. Variacin de la deformacin en funcin de la temperatura. A mayor temperatura, mas dctil y menos frgil es la roca lo que nos indica que a mayor temperatura menos esfuerzo de deformacin. Esto es muy dependiente del tipo de la roca. Variacin de la deformacin en funcin de la presin (confinante). A mayor presin, mayor ductilidad. La presin hidrosttica (presin de fluidos, poros de las rocas...) hace que la roca se haga mas frgil. Curvas de Esfuerzo - deformacin D. Elstico: si aplicamos un esfuerzo se produce una deformacin que es elstica, si al dejar de aplicar el esfuerzo, el objeto vuelve a su forma original. D. Plstica: al dejar de aplicar el esfuerzo el objeto no recupera su forma original. P: punto de inflexin de la curva.

Ms all de un cierto lmite se produce la rotura. Decimos que una roca es frgil o competente cuando la deformacin previa a la rotura es dbil. Ej: Cuarcita. Una roca es dctil o incompetente cuando la deformacin previa a la rotura es importante. Ej: Pizarras.

Bloque II. deformacin frgil.Tema 4. Fallas: nomenclatura, clasificacin y conceptos bsicos. Fractura: toda rotura en la superficie terrestre. Hay dos tipos: - Fallas: son fracturas en las que se produce desplazamiento de las masas rocosas situadas a ambos lados de la misma. - Diaclasas: son fracturas que no sufren desplazamiento. Modelos tericos de la formacin de fallas. Se observa de forma experimental que las fracturas producidas forman un ngulo menor a 45 con el esfuerzo principal. Los esfuerzos compresivos provocan fracturas de cizalla y de tensin. Esto es observable a escala de la corteza terrestre y de lmina delgada (a todas las escalas).

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clasificacin segn Anderson. Fallas normales. Se producen como consecuencia de una distensin.

Fallas inversas. Son consecuencia de esfuerzos compresivos provocando un acortamiento.

Fallas en direccin.

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Movimiento dextrgiro: en el sentido de las agujas del reloj. Movimiento sinistral: en sentido contrario de las agujas del reloj.

Clasificacin segn Roches. Llego a la conclusin de que el modelo de Anderson se cumpla pero que se producan dos familias de planos en la falla. Cuando hay una falla principal se genera una de 2 orden con un ngulo comprendido entre 15 y 30. Con la tensin la fractura se produce paralelamente al esfuerzo principal. Clases de fallas atendiendo a los esfuerzos que los originan: Cizalla pura: el ngulo que forman entre si los planos esta muy cerca a los 60. Cizalla simple: el ngulo esta mas cerca de los 90.

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Elementos de una falla. Plano de falla: plano a lo largo del cual se produce el desplazamiento. Espejo de falla: plano pulido, zona brillante. Estras de falla: acanaladuras producidas por granos de cuarzo al desplazarse los bloques del plano de falla. Bloque hundido y bloque levantado: los bloques que se han movido. Roca de falla. Desplazamiento: (fotocopia) Clasificacin de las fallas. 1. Tipo de movimiento. Son normales, inversas, en direccin y en tijera (rotacionales). Segn que tipo predomine se llaman de un modo u otro.

2. Desarrollo de la misma. De 1 orden, 2 orden y 3 orden. 3. Profundidad. - Corticales: cuando acaban dentro de la corteza terrestre. - Subcorticales: llegan hasta la astenosfera. - Profundas: llegan hasta los 300 km de profundidad. - Subprofundas: llegan hasta los 700 km de profundidad. Facturacin dctil y frgil. Cuando una fractura se produce en la superficie terrestre (Cataclasis: ruptura de la roca) produce cataclasitas. Cuando la ruptura se produce a los 15-20 km de profundidad, la roca que se forma esta orientada: Milonitas.

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En las fallas superficiales la facturacin depende mucho del material que tengamos

Conceptos Pliegues en arrastre o ganchos de falla: deformacin de las capas provocada por una falla. Son pequeos microplieges. Aparece en fallas directas o inversas. Indican el movimiento de la falla. Falla sinttica: aquellas con buzamiento paralelo a la falla principal. Falla antittica: aquellas en las que el buzamiento es contrario a la falla principal. Fallas en escaladura o en domino: Se produce rotacin de un boque con respecto al otro Falla intraformacional: Se forma a la vez que la sedimentacin. Diapiro: masa salina con tendencia a ascender. Produce grietas de tensin paralelas a los esfuerzos de cizalla formando ngulos de 45. Fallas en retardo: falla inversa con retraso con respecto a las otras que acta como una falla normal. Fallas listicas: en superficie tienen el buzamiento de falla con gran ngulo y en profundidad tienden a la horizontalidad.

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Tema 5 y 6. Fallas normales e inversas. Falla normal Son aquellas en las que el buzamiento de falla miera hacia el labio hundido. Se producen dentro de un campo distensivo de esfuerzos y siempre implican un alargamiento de la serie. Sus buzamientos ms normales estn comprendidos entre los 40 y 70. El buzamiento puede variar en profundidad hacindose mas tendido (menor) en profundidad. El buzamiento tambin vara segn la litologa. Una falla normal puede pasar a un cabalgamiento. Las fallas normales amenudo aparecen en el techo de un diapiro. El desarrollo de una falla inversa puede generar una falla normal, porque los esfuerzos compresivos dan ligar a esfuerzos compresivos locales (cuencas pull-apart). Grandes fallas normales dan lugar a los rifts. Fallas inversas. Pueden ser de gran ngulo (>60) y de bajo ngulo ( to ~~~ 1a), (tg = to ~~~ 1b) y (tg < to ~~~ 1c). En la clase: - 1a ~~~ t = t/t0 ~~~ t > 1 - 1b ~~~ t = 1 - 1c ~~~ t < 1 Clase 2: la curvatura del arco exterior es igual a la del arco interior. Isgonas paralelas. Tg > to y tg tg = 0. Clase 3: la curvatura del arco exterior es mayor que la curvatura del arco interior. Isgonas divergentes. Tg < to y tg < 1

T = t / to

Knick-bands Estructuras originadas en rocas con foliacin que se definen como zonas de plegamiento tabular resultante del funcionamiento de una pareja de cizallas. Son pequeos (cm-dm). Cuando presentan un