geología: fracturas

7/23/2019 Geologa: Fracturas

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Las fracturas

INTRODUCCIN.

Para la espeleognesis es muy importante tener conocimiento de fracturas, al fin y al caboes por una estrecha fractura donde una galera empieza su historia. La apertura (eldimetro), el alcance lateral, el espaciamiento (distancia entre fracturas) y el grado deinterconexin son solo algunas facetas de las fracturas que intervienen en el desarrollo deuna cueva. Solo en 1990 Price and Cosgrove, en su monumental libro de Analysis ofGeological Structures, se quejaban de los pocos estudios acerca de fracturas. Sinembargo, desde entonces el aumento en conocimiento ha sido muy considerable.Tradicionalmente se clasificaban las fracturas en diaclasas y fallas. Ms recientementetambin las suelen clasificar como sistemticas y no sistemticas. Las fracturas no tienenun alcance infinito, y el modo ms frecuente de terminar es la terminacin en juntas de

estratificacin, en otras fracturas abiertas y en niveles dctiles. Las teoras acerca de larelacin entre espaciamiento y grosor del estrato se han desarrollado mucho,especialmente gracias a las simulaciones numricas por ordenador, y el descubrimiento deun valor crtico en el ratio espaciamiento-grosor estrato (saturacin de fracturamiento). Eneste artculo se intenta dar una descripcin elemental de las fracturas y su relacin conrocas sedimentarias.

LAS FRACTURAS.

Una fractura es un plano de ruptura de la roca. En general la formacin de fracturas es

causada por los siguientes procesos geolgicos:Por movimientos y deformaciones corticales (epirognesis y orognesis).Por contraccin y disecacin de los sedimentos.Por liberacin de tensin (stress release), cuando por el proceso de levantamiento yerosin la roca se acerca otra vez a la superficie o por tensiones paralelas a lasuperficie.En rocas sedimentarias la mayora de las fracturas estn (sub)verticales, prcticamenteperpendiculares a la estratificacin o paralelas a la superficie.

DIACLASAS Y FALLAS..La clasificacin tradicional de las fracturas est basada segn se produzca o no

desplazamiento relativo de las rocas, a los dos lados del plano de la fractura. Si no haydesplazamiento apreciable se llama diaclasa y si hay desplazamiento se llama falla.Aunque a primera vista parece una divisin muy clara y simple, hay algn inconvenientecon la palabra apreciable, porque puede haber much diferencia de interpretacin defuerzas y tensiones entre una fractura claramente distensional (diaclasa sensu stricto) y unafractura con un desplazamiento, aunque sea a nivel de microscopio.

FRACTURAS SISTEMTICAS Y NO SISTEMTICAS.A parte del problema arriba mencionado, lo que tambin interesa de las fracturas sonaspectos como su distribucin, la forma del plano y su alcance. La distribucin estdefinida por el rumbo y buzamiento del plano de la fractura y por el espacio que hay entrefracturas vecinales (espaciamiento). La forma del plano puede ser recta o curvada. Elalcance es la longitud que tiene su interseccin con la superficie (alcance lateral) y la


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profundidad a la quellega (alcance vertical). Por eso, recientemente se ha introducido otraclasificacin. Esta clasificacin divide las fracturas en fracturas sistemticas y fracturas nosistemticas.La interseccin de una fractura sistemtica con un estrato es una lnea recta. Suelen formargrupos de fracturas paralelas (sets de fracturas sistemticas) y las fracturas individuales

pueden tener un gran alcance. Frecuentemente dos sets se cruzan y el ngulo entre ambosrevela informacin valiosa acerca de las fuerzas de deformacin de la corteza (figura 1). Lasfracturas sistemticas son consideradas de ser la consecuencia de deformacin geolgica aescala regional.

La figura 1 muestra 2 sets de fracturas sistemticas verticales. Los planos de las fracturasson rectos y el espaciamiento regular. El ngulo entre ambos sets es A.

La interseccin de una fractura no sistemtica con un estrato es curvado. Esta geometraindica que son fracturas de dilatacin, porque ya un pequeo desplazamiento paralelo a unplano curvado causa aperturas en la roca y estas aperturas no se suelen observar. Tambinpueden formar sets, pero las fracturas individuales tienen menos alcance. Las fracturas nosistemticas suelen ser ms numerosas cerca de la superficie y en muchos casos se hanformado por la liberacin de tensin y por la meteorizacin.

FRACTURAS DE EXFOLIACIN.Las fracturas de exfoliacin son fracturas no sistemticas muy importantes porqueaumentan considerablemente la permeabilidad del subsuelo. Algunas de suscaractersticas: suelen seguir la topografa (paralelas a la superficie), son numerosas en losprimeros 30 metros bajo la superficie y son curvadas. Una descripcin ms completa y lasteoras de su gnesis sern tratadas detalladamente en el artculo acerca de la liberacin detensin.


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TERMINACIN DE FRACTURAS.

INTRODUCCIN.Ya en los aos sesenta los investigadores haban observado que muchas fracturas suelen

terminar sobre juntas de estratificacin (Hodge, 1961) o sobre otras fracturas. Ms tardetambin descubrieron la frecuente terminacin de fracturas sobre los niveles ms dctiles,por ejemplo pizarras o margas.

TERMINACIN DE UNA FRACTURA SOBRE UNA FRACTURA ABIERTA.Cuando una fractura es formada y se propaga por la roca, es posible que se encuentre conotra fractura ya existente. Si esta fractura es una fractura abierta (con una cierta apertura)no hay cohesin entre los dos bloques a ambos lados de la fractura, y por esta razn lanueva fractura suele terminar aqu. Si esta fractura se hubiera mineralizado, formando unavetilla, entonces la nueva fractura probablemente la hubiera cruzado.Como ya hemos visto, las fracturas suelen ocurrir en sets y a menudo hay 2 o ms sets en

un volumen de roca. Estudiando las terminaciones de las fracturas nos revela el ordencronolgico de la formacin de los diferentes sets de fracturas (figura 2).

La figura 2A muestra un set de fracturas (en rojo). La figura 2B muestra la mismasituacin pero con un segundo set de fracturas (en verde). Se puede ver que las fracturas

del segundo set se terminan en las fracturas del primer set. De este modo se puededeterminar que el segundo set se ha formado ms tarde.


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CLASIFICACIN DE JUNTAS SEGN SU FUERZA.Si una fractura puede cruzar o no una junta de estratificacin, depende en gran medida delas caractersticas de la junta. Si una junta tiene (muy) poco material pizarroso, margoso uorgnico, se dice que esta junta es fuerte. Una junta fuerte es ms difcil de distinguir en elcampo y manualmente suele ser difcil de separar dos estratos por una junta fuerte. Si una

junta tiene mucho material pizarroso, margoso u orgnico, se dice que esta junta es dbil.Una junta dbil es fcil de distinguir en el campo y manualmente suele ser fcil de separardos estratos por una junta dbil. Una junta moderada se encuentra a medio camino deambas juntas mencionadas (Cooke and Underwood, 2001).

MODO DE CMO CRUZAN LAS FRACTURAS LAS JUNTAS DE ESTRATIFICACIN.Tanto las observaciones en el campo como los modelos numricos han demostrado lassiguientes relaciones. Si la junta de estratificacin es fuerte la fractura suele continuar,pasndola sin problema. Si la junta es de una fuerza moderada, la fractura la puede pasar ose puede terminar en la junta. En caso de que si la pasa, es puede que la fractura se

desplaza un poco (en ingls: step-over-fracture). Si la junta es dbil muchas fracturas seterminan en la junta (figura 3).En el caso de que la fractura se desplace un poco, siempre cabe la posibilidad que elalineamiento sea una coincidencia, es decir que solo parece un step over y un estudioadicional puede ser necesario.

La figura 3 muestra la interaccin de las fracturas con las juntas de estratificacin.Si la junta es fuerte, las fracturas la suelen pasar. Si la junta es dbil las fracturas suelenterminar. Si la junta es moderada hay un intermedio: muchas fracturas terminan, y de las

fracturas que pasan algunas lo hagan de modo step over. Lo que parece un stepover puede ser un alineamiento accidental. Tambin se puede observa que cuanto ms

grueso es el estrato, menos fracturas hay: el espaciamiento aumenta con el grosor.


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TERMINACIN DE FRACTURAS SOBRE JUNTAS DE ESTRATIFICACIN YNIVELES DCTILES.La terminacin de una fractura sobre una junta de estratificacin se debe a la deformacininterna de esta junta. Los materiales pizarrosos se deforman fcilmente y absorben laenerga, y tambin la junta se puede despegar y formar de este modo un espacio que inhibe

la propagacin de la fractura.Del mismo modo de que las fracturas a menudo terminan sobre juntas dbiles, incluso lasfracturas ms importantes pueden terminar cuando se encuentran con un nivel dctil en laformacin. De este manera los niveles o miembros de pizarras, de margas y de finaestratificacin con juntas dbiles, funcionan como barreras que no dejan pasar lasfracturas. Como consecuencia las fracturas quedan confinadas a los niveles de roca mscompacta. De todos modos, suelen ser las fracturas sistemticas que ms fuerza depropagacin tienen y por lo tanto mayor posibilidad tienen de sobrepasar un nivel dctil.

ESPACIAMIENTO DE FRACTURAS.

INTRODUCCIN.En los aos sesenta los investigadores tambin observaron que el espaciamiento de lasfracturas tiene relacin con el grosor y la competencia de los estratos (Harris,1960). Unaroca competente es fuerte y compacta, con gran resistencia a la deformacin. La reglageneral es que cuanto ms grueso y competente es un estrato, ms grande es elespaciamiento de las fracturas. Cuando el espaciamiento es dividido por el grosor delestrato se obtiene un ratio, este ratio es llamado el ratio de Espaciamiento de Fracturas yGrosor del Estrato (el ratio EF/GE).

TEORA ACTUAL.La actual teora acerca de la importancia del ratio EF/GE es la siguiente: Cuando poco apoco se forman cada vez ms fracturas, el espaciamiento entre ellas es cada vez mspequeo. Por eso el ratio EF/GE es cada vez ms pequeo. Finalmente llega un momentoque el ratio EF/GE llega a un mnimo (valor crtico) y no se pueden formar ms fracturas(saturacin de fracturamiento). En lugar de formar ms fracturas, la energa de las fuerzasdistensionales es usado para aumentar las aperturas de las fracturas existentes.Entonces, la cantidad y la apertura de las fracturas en un estrato depende en gran medidadel grosor y competencia del estrato. Es decir, estratos gruesos y competentes tienenmenos fracturas, pero las que hay pueden ser ms anchas.

Nota: la razn por lo que existe un valor crtico tiene que ver con un cambio en losregmenes de tensin. Tambin influye la competencia y el grosor de los estratos (niveles)adyacentes y varias cosas ms.

ESTRATIGRAFA MECNICA.Una herramienta en la geologa es la estratigrafa litolgica. En una estratigrafa litolgicase describe en detalle todas las caractersticas de una formacin (dimetro del grano, losminerales, estructuras sedimentolgicas, etc).Si a cambio nos interesa ms la distribucin de las fracturas, tambin se puede levantaruna estratigrafa mecnica. Entonces hay ms atencin por grosores de estratos y niveles,

juntas de estratificacin, competencia de las rocas, etc. Naturalmente en ambas

estratigrafas coinciden varios componentes, pero la estratigrafa mecnica es mucho mstil para estudiar los posibles confinamientos hidrolgicos.


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CONSECUENCIAS PARA LA DISTRIBUCIN DE CUEVAS..

En una formacin calcrea puede haber mucha diferencia en competencia y grosor de losdiferentes materiales. Puede haber niveles gruesos que consisten de una caliza compacta ysin estratificacin (calizas de origen arrecifal) y tambin niveles de estratificacin, pero

con juntas tan fuertes que apenas son visibles. Estos son niveles muy competentes.Al contrario hay frecuentemente niveles de estratificacin fina con juntas muyprominentes (dbiles), y niveles de pizarras y margas (a veces con algn estrato). Estosson niveles poco o no competentes.En una alternancia de niveles es fcil que un miembro competente se encuentre entreniveles no competentes. Arriba hemos visto que la fracturacin puede quedar confinado almiembro competente, aislndolo hidrolgicamente del resto de la formacin. Laconsecuencia es que una eventual formacin de cuevas est limitada a este miembro conmuy pocas o ninguna conexin con eventuales cuevas en otros miembros (figura 4).Conocimientos de este aspecto nos puede ayudar mucho en la exploracin y en ladeterminacin de su historia geolgica.

La figura 4 muestra que se pueden desarrollar cuevas independientes en dos miembroscompetentes, separados por un nivel dctil. En cada caso la espeleognesis est limitadaal miembro.

NOTA.

Este artculo es un resumen esquemtico de algunas teoras. Sin embargo, es posible queuna junta cambia lateralmente de fuerte a moderada o incluso a dbil. Hay fracturas quepasan juntas dbiles, especialmente si las fuerzas de deformacin son regionales (fracturassistemticas y fallas). Este artculo solo quiere atender el lector a modelos generales, perohay que darse cuenta que especialmente en este campo existan muchas excepciones.

REFERENCIAS.

Una referencia en espaol encontrado en internet es la siguiente:La importancia del fracturamiento en rocas en sedimentarias: Implicaciones sobre lamovilidad de hidrocarburos, agua y emplazamiento de fluidos mineralizantes.Enlace: http://investigacion.uagro.mx/3coloquio/exa/13.pdf


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FOTOS.

Las fotos se ve mucho mejor en el artculo original publicado en el blogESPELEOGNESIS: La formacin de cuevas.

Foto 1 muestra una junta fuerte (entre las dos lneas negras). Por la izquierda se puedeobservar que la junta se transforma en moderada. Segn la arcilla que se deposit sobreel plano en el momento de sedimentacin, las juntas pueden cambiar lateralmente.

Foto 2 muestra unaroca caliza de aspecto masiva con juntas fuertes. Las juntas seencuentran directamente por debajo de las lneas azules.


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Foto 3 muestra una fractura curvada que corta juntas fuertes y moderadas y que terminaen una junta dbil. La fractura est en rojo y las juntas en azul. La junta dbil estindicada con A.

Foto 4 muestra una fractura curvada que termina en una junta dbil. La fractura se

encuentra entre las lneas rojas y la junta dbil por debajo de la lnea azul.


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Foto 5 muestra una fractura curvada que termina en 2 juntas dbiles y que corta unajunta fuerte/moderada. La junta B cambia de fuerte (por la derecha) a dbil (por laizquierda).La fractura se encuentra entre las lneas rojasy las 2 juntas dbiles por debajode las lneas azules.

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