Analisis Geologico Estructual - Leccion 14 - Fallas

5/11/2018 Analisis Geologico Estructual - Leccion 14 - Fallas - slidepdf.com

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Análisis Geológico Estructural Universidad Alicante

Teodoro Pérez Pérez

LECCIÓN 14:

FALLAS

1. INTRODUCCIÓN

Definimos falla como una fractura a lo largo de la cual se produce un movimiento

paralelo (tangencial) a la misma, el cual define un plano, plano de falla.

Las fallas se clasifican en función de la dirección y sentido del movimiento

relativo de los bloques:





• Paralelo al plano de falla y paralelo a la línea de máxima pendiente de la

falla

o Fallas de salto en buzamiento (dip-slip fault) Falla normal (normal fault): bloque de techo desciende

respecto al bloque de muro

Falla inversa (reverse fault o thrust): bloque de techoasciende respecto al bloque de muro.

• Perpendicular a la línea de máxima pendiente

o Fallas de salto en dirección (strike-slip fault) Falla dextrosa (right-lateral o destral) Falla sinistrosa (left-lateral o sinistral)

• Oblicua a la línea de máxima pendiente

o Falla de salto oblicuo (oblique fault)





2. CRITERIOS DE RECONOCIMIENTO DE FALLAS

2.1. En campo

1.

Espejos de falla: es el plano de fractura de la falla que como consecuencia deldeslizamiento de un bloque sobre otro produce el pulido del plano.

2. Slicken lines: estructuras lineales generadas por el rozamientos entre los

bloques, asociadas al movimiento de una falla:

a. Estrías de falla (striae): líneas que aparecen sobre el plano de falla que

se han generado por una serie de irregularidades en él, dejando una raya

(surco) en el otro bloque. Nos indican la dirección del movimiento.

Representan el vector desplazamiento de un bloque respecto al otro. Es

donde se generan las fibras minerales por ser el lugar donde no hay

arrastre de los bloques.

b. Acanaladuras (grooves): estrías de gran tamaño (> 50 cm).c. Fibras minerales (min fibers): fibras (cristales) de mineral que crecen

simultáneamente al movimiento de falla. Eso hace que los cristales

tiendan a orientarse según el movimiento de la falla, es decir, paralelo a

la dirección de movimiento. Se generan en las fracturas al haber menor

presión y menor solubilidad ya que aumentará la concentración de soluto

(minerales) en el agua, lo que provocará su precipitación.

d. Bandas minerales o cantos ( mineral bands): generados por la presión y

temperatura a la cual está sometida la roca, no por precipitación sino por

condiciones metamórficas. Crecen orientadas paralelas a la dirección de

movimiento indicándonos el mismo.

e. Escalones de falla ( step fault): estructuras lineales generadas por laacción de fallas que son subperpendiculares a la dirección del

movimiento e implica un pequeño salto en el plano. Permiten conocer el

sentido de movimiento. Con mucha sensibilidad se puede detectar con el

dedo la dirección del movimiento. La dirección que marca menos

resistencia es la dirección del movimiento. Pero cuidado: Solo se detecta

la última dirección del movimiento - no la dirección principal. Además la

poca sensibilidad de los dedos humanos no permiten un análisis muy

confiable. (Sí se repite el procedimiento con varias personas no siempre

llegan las mismas resultados).





3. Mineralizaciones: la falla genera zonas de menor presión y de circulación de

fluidos donde tienden a precipitar minerales (por ejemplo óxidos de hierro –

galena - que son unas de los primeros minerales en precipitar por ser altamente

insolubles).

4. Rocas de falla: las fallas se generan en zonas frágiles (deformación frágil) que

suele implicar la ruptura y fragmentación de la roca a ambos lados del plano defalla. El resultado es una roca que parece sedimentaria detrítica y como tal se

clasifica:

a. Cataclasitas: formadas por la trituración frágil de la roca. Se clasifican

en función del tamaño de grano o fragmentos:

La trituración es

tal que el generado

llega a fundir la

roca. Generadas

por la fusiónparcial debida al

rozamiento de la

falla que genera un

vidrio ya que se

enfría muy

rápidamente.





b. Milonitas: formadas por la trituración frágil más la deformación plástica

más cristalización. Se forman a mayor profundidad (4-5 km de

profundidad) aunque predomina la trituración frágil pero las altas

temperaturas y la elevada presión pueden generar deformación plástica y

formación de cristales de nueva generación, es decir, tenemos un

metamorfismo de bajo grado. En ocasiones forma estructuras S-C(squistosité – cisaillement) que nos permite conocer el sentido de la falla.

Son estructuras dúctil-frágil que consiste en la deformación de una

esquistosidad metamórfica precedente.





5. Pliegues asociados a fallas: existen diferentes tipos de pliegues generados por

la acción de fallas:

a. Pliegues de arrastre: son generados por el arrastre asociado al

deslizamiento (rozamiento) entre los dos bloques de la falla. Nos indican

el sentido de movimiento de la falla y de ahí el tipo de falla donde nosencontramos.

b. Anticlinales de roll-over: son antiformes generados por el

basculamiento de las capas del bloque de techo en una falla normallístrica (falla normal que no es recto, sino que en profundidad se

horizontaliza).

c. Pliegues de acomodación de falla (fault bend folds): son antiformes

generados por el basculamiento de las capas del bloque de techo en un

cabalgamiento.

Son aquellos que se forman como resultado del

movimiento de un bloque de falla a lo largo deuna superficie de falla no planar, lo cual causa la

flexión del bloque de falla y, por tanto, la

formación del pliegue.





d. Pliegues de propagación de falla (fault propagation folds): pliegues

asociados a fallas inversas o cabalgamientos pero a un tipo particular

llamadas fallas ciegas (blind faults), que son fallas que no alcanzan lasuperficie topográfica en el momento de su génesis.

6. Criterios geomorfológicos: la actuación de fallas puede dar lugar a morfologías

típicas como:

a. Escarpe de falla: cuando una falla actúa se produce un desplazamiento

de un bloque sobre otro. Si éste es vertical, puede dar lugar a forma de

relieve marcadas.

La fractura generada por la compresión va

creciendo hacia arriba siendo simultánea a

dicho crecimiento la deformación de los

bloques. De este modo, se van generando

pliegues que cuando son alcanzados por la

falla, al encontrarnos en el campo elástico, se

recuperan.





b. Facetas triangulares: son estructuras producto de la erosión del escarpede falla.

c. Desplazamiento de los cursos fluviales: la actuación de fallas, sobre

todo las de salto en dirección, pueden dar lugar a fenómenos de

desplazamiento de los barrancos (red fluvial). Nos puede servir para ver

el tipo de falla.





2.2. En mapas geológicos

1. Porque la falla suele formar juegos, no van a aparecer aisladas, sino varias fallas

subparalelas.

2. Las fallas normales y de salto en dirección suelen tener un fuerte buzamiento

que dan morfologías rectilíneas mientras que las discordancias suele tener bajo

buzamiento y dan contactos sinuosos.

3. Las fallas provocan la repetición u omisión de términos.

4. Lo normal es que las fallas aparezcan como líneas de trazo más grueso.

2.3. En perfiles sísmicos

Un perfil sísmico es un diagrama construido por la emisión artificial de una onda

sísmica (producida por un golpe de martillo) que se propaga hasta encontrar una

superficie de discontinuidad, entonces parte de la onda se refleja y regresa a la

superficie donde queda registrada (mediante geófonos), y otra parte continúa hasta

encontrar otra discontinuidad, y así sucesivamente. Para cada geófono se obtiene un

diagrama, que colocados en vertical y con programas especializados pueden darnos un

perfil aproximado del terreno.

Las fallas se observan por interrupción y

desplazamiento de contactos.

Las fallas son contacto que

intersectan a otros contactos y, además,

provocan su desplazamiento.

- En ocasiones puede ser que el

desplazamiento no lo veamos porque

quede fuera de nuestro mapa.

- También puede cortar a las capas las

discontinuidades.

o ¿Cómo las diferenciamos?

Al realizar un sondeo,comprobamos que no atraviesa el

material 1, por lo que comprobamos

que omite términos.





Las fallas se pueden reconocer:

Porque provocan

una interrupción

en los reflectores

(la líneas

amarillas se

interrumpen al

llegar a la línea

azul).

Porque las fallas

pueden dar lugar

por sí mismas a

reflectores.





Pueden producirse aberraciones por:

- Distorsión por alto buzamiento de las capas que pueden provocar que laonda se pierda y, de este modo, crear distorsiones.

- Discontinuidades (línea D)

Perfil del terreno

realizado a partir

de los perfiles

sísmicos y de una

serie de sondeosmarcados en la

figura.





- Diferencia de velocidades que pueden parecer falla por la refracción de

las ondas.

Interpretación inicial

Sondeos que nos permiten

calcular las velocidades de las

diferentes capas

Interpretación final

Fuerte diferencia de

velocidades





2.4. En sondeos

- Rocas de falla

Solo se puede hacer si tenemos un sondeo con recuperación de testigo continuo,

porque los otros tipos de sondeo machacan la roca para extraerla.

- Cambios de espesor

-

Discontinuidad en la secuenciaEs el más significativo. Ejemplos:

Falla normal (omisión de términos) Falla inversa (repetición de términos)

En la repetición de términos hay que tener cuidado porque no es la único estructura que

puede repetir la secuencia ya que un pliegue también la repite.

h1 = h3≠ h2

Puede ser debido a una disminución lateral del

estrato (que es algo extraño).

Lo normal es que el sondeo haya atravesado una

falla:

- Si se reduce el espesor (falla normal)

- Si aumenta el espesor (falla inversa)

h1 h2 h3





Para comprobar esto hay que:

2.5. En perfiles de buzamiento

Cuando se hace un sondeo de investigación, normalmente no se hace solo el

sondeo y se extrae el testigo, sino que el agujero nos sirve para extraer información de

las paredes del sondeo.

Los perfiles de buzamiento consisten en introducir una varilla (dip meter) por el

agujero, que en el punta tiene unos patas con muelles que se abren y tocan las paredes,

midiendo la resistividad eléctrica de los paredes en varios puntos a la vez (diferentes

patas). Entonces, se van uniendo los puntos con la misma resistividad, asignándoles la

misma litología (mismo estrato). De este modo, se conoce la dirección y buzamiento de

las capas a lo largo del sondeo.

Los resultados se expresan mediante dos tipos de diagramas:

Tadpoles logs

• Comprobar la secuencia de

abajo-arriba.

• Comprobar la secuencia dearriba-abajo.

Gráfico XY en la que se representan los puntos con palitos

(parecen renacuajos, de ahí su nombre). En ordenadas

tenemos la profundidad a lo largo del sondeo y en abscisas

la cuantía del buzamiento. La dirección nos la da la cola del

palito.

Representan la dirección de inmersión de la línea de

máxima pendiente:

- Punto sólido: dato fiable

- Punto vacío: dato poco fiable porque el instrumento

puede tener errores que podemos identificar.





Scat logs

b)

Constan de dos diagramas de tal manera que

cada medida se representa en dos puntos (uno en

cada diagrama). En ordenadas tenemos laprofundidad y en abscisas en el primer diagrama

la dirección W-E y en el segundo diagrama la

cuantía de buzamiento.

Son los más útiles para reconocer una falla y nos

basaremos en la existencia de pliegues de

arrastre:

a)

• Dirección de la falla paralela a la

dirección de los estratos.• Buzamiento de la falla paralelo al

buzamiento de los estratos.

- El pliegue de arrastre no varía

la dirección sino que hace

variar el buzamiento (este

aumenta en la zona del

pliegue).

- La cúspide nos indica el punto

donde hemos atravesado la

falla (punto de máximo

buzamiento).

• Dirección de la falla paralela a la

dirección del estrato.• Buzamiento de la falla contrario

al buzamiento de los estratos

- La dirección de las capas

arrastradas y sin arrastrar es

opuesta.

- En los puntos TP y CP, el arrastre

provoca que las capas se

horizontalicen, disminuyendo el

buzamiento.





c)

• Dirección de la falla oblicua a ladirección del estrato.

• Buzamiento de la falla parelelo albuzamiento de los estratos

- El diagrama de buzamiento es igual

al primero que hemos visto donde

varía el buzamiento en la zona de

arrastre.

- Al ser oblicua la falla, varía la

dirección de los estratos.

d)

• Dirección de la falla oblicua a ladirección del estrato.

• Buzamiento de la falla oblicuo albuzamiento de los estratos

- La dirección de las capas

arrastradas y sin arrastrar es

opuesta.

- Al ser oblicua la falla, varía la

dirección de los estratos, haciendo

que se horizontalicen en el tramoTP-CP e invirtiéndose.





3. SISTEMAS DE FALLAS Y SU REPRESENTACIÓNGRÁFICA

3.1. Tipos de sistemas

Sistema de fallas: conjunto de fallas que aparecen en un mismo afloramiento.

Juego de fallas: conjunto de fallas paralelas.

3.1.1. Sistemas paralelos (juegos): pueden ser:

- Rotacionales: fallas que debido a la geometría no sólo producen un

desplazamiento de los bloques sino que también provocan una rotación

de los mismos. Presentan una geometría curva y reciben el nombre de

fallas lístricas.

-

No rotacionales:

- En relevo: conjunto de fallas paralelas entre sí que terminan

lateralmente, de tal forma que si las vemos en planta veremos que

desaparecen lateralmente continuando con un desplazamiento.





3.1.2. Sistemas conjugados:

Grupo de fallas generadas por un mismo régimen de esfuerzos que hace que

presenten una orientación determinada.

3.1.3. Sistemas anastomosados:

Conjunto de fallas que se van cruzando. Típicamente se generan en fallas de

salto en dirección. En planta sería:

- Forman estructuras estructural y topográficamente deprimidasque pueden ser rellenadas con sedimentos. Se le conoce con el

nombre de graben.

- También podemos tener en anticlinales de roll-over, la

depresión rellena de sedimento, que se conoce como

semigraben.

- En ocasiones podemos tener que las fallas de un lado estén más

desarrollados que las fallas del otro.





3.1.4. Sistemas complejos:

Conjunto de fallas sin una geometría característica (distribución

arbitraria).

3.1.5. Sistemas delimitados por despegues:

- Despegue (detachment): falla paralela a la estratificación o a la

foliación. No implica ni adición ni sustracción de sedimentos (fallaneutra).

Normalmente, no aparecen solos, sino que suelen ser la evolución en

profundidad de las fallas lístricas.

También podemos encontrarlos asociados a sistemas de cabalgamientos,

que suelen presentar una morfología escalonada.





3.2. Representación de sistemas

Para la representación de los sistemas de fallas se utilizan los diagramas

equiareales, empleando diferentes símbolos para cada tipo de falla.

Además de estos diagramas, existe una variedad conocida como slip-liner plots:

que son diagramas equiareales donde cada falla viene representada por un punto (polo),

añadiendo una flecha que nos indica la dirección y sentido de desplazamiento delbloque de techo, es decir, representa el vector movimiento de la falla.

Plano M: plano auxiliar que

contiene al vector movimiento y

a las fibras, siendo, además,perpendicular al plano de falla,

es decir, contiene al polo.

Fibras minerales: nos indican

la dirección y sentido de la falla

(bloque de techo).

1º) Dibujamos la ciclográfica del plano de falla

2º) Dibujamos el polo de dicha falla.

3º) La ciclográfica del plano M contiene al polo y al

vector movimiento, definido por las estrías. Entonces

marcamos este punto.

4º) Giramos hasta que ambos puntos (polo de la falla y

polo que define las estrías) coincidan y dibujamos la

ciclográfica del plano M.

5º) Pintamos la flecha según la dirección y el sentidode movimiento de la falla y también según el tipo de

falla que sea.Falla inversa





4. DETERMINACIÓN DE LOS ESFUERZOS PRINCIPALES APARTIR DE FALLAS

Las fallas se generan a partir de unos determinados esfuerzos, por lo que

estudiando la orientación de las fracturas podemos conocer la orientación de los

esfuerzos que las han generado.

Esfuerzos en un macizo rocoso Peso de la columna de roca

Situación tectónica

Determinación del esfuerzo

• Criterio de fracturación: Sistemas conjugados

Tenemos dos juegos:

- Juego A: las fallas buzan hacia el S

y el desplazamiento es hacia el N.

o Fallas inversas

- Juego B: las fallas buzan hacia el

NW y el desplazamiento es SW.

o Fallas de salto en dirección

σ1 bisectriz aguda (≈ 30º). Condiciona el

movimiento de los bloques por lo tanto las

estrías serán paralelas a σ1.

σ2 está contenido en el plano de fractura.

Como tenemos dos planos de fractura,

σ1 estará contenido en los dos.

σ2 Será paralelo a la línea deintersección que nos da la dirección de σ1 y

será perpendicular a las estrías.

σ3 es la bisectriz obtusa de los dos planos (≈

60º).

1º) Representamos los planos de fractura:

- falla A

- falla B

2º) Trazamos el plano cuyo polo es σ2 que será el

plan perpendicular. σ1 será la bisectriz aguda de las

dos fallas.3º) Como σ3 es perpendicular a σ1 y σ2 σ3 va a

estar contenida en el plano.

El punto de intersección es σ2

90 º

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