Revista Hrusilcira de Gcociências Caroline Janette Souza Gomes et aI. 34(2):159- 166, j unho de 2004

MODELOS FíSICOS DE SISTEMAS POLlFÁSICOS: ENCURTAMENTOFRONTAL E CONVERGÊNCIA OBlÍQUA

CAROLINE JANETTE SOUZA GOMES,SILVIA CAROLINA BRAGAI &MARIA VERÔNI CAPESSÔAl

Ahstracl PI/YSICAL MOIJEI,Ç01' POLYPI/ASE IJEFOIIMATION: FIION7i\1. SI/OWIENING FOLLOWEIJ BY OBU QUECON V/:'RG /:NC/:' Sandboxcxpcrimcnts wcrccarricd out toanalyzc overprinting0 11structurcs in transprcssional thrust systcrns.Two-pha sc dcfonn ation modcl s wcrc set up to investigatc simplc Iransprc ssion at diffcrcnt angles 01' convcrgcncc. basal vclocitydixcontinuitics. and incrcnsiug 01' dcfonnation magnitude. ln thcsc modcls positive llower structurcs wcrc not fonncd. lnstcud, pop­up sys tcm s with fo rc- und hac kthrusts were dcvclopcd . Rcactiva tion 01' prc-cxist ing thrusts occurr cd in rhc forcl and 01' the vclocitydiscontinuity. ll ighanglc thrustsystcms.suchas thoscdcscribcd inseveralpolidcformcd tcrruncs.wcrc íonucd inthe highdcformationcxpc rimcm and in thc modcls with a shon basal disccntinui ty which simulates thc axial 1.011e 01' conuactional systcms. ln thcscmodc!s. tore- and backthrusts rotatcd progressively into the vertical.

Kevwonís: physical modcls. uunspression. polyphase dctcnnuõon. positive !lower suucturc. pop-up systcm.

Resumo Emmodelosfísicosdeareiaé analisadaa rcauvaçâo. portransprcssâo.decinturõe sconvergentes.Os sistemaspolideformadosforam investigadossob diferentes condiç ões de contorno: a transprc ssâo sobrepondo-se a estruturas comprcssivas. comdiferentesúngulosdeconvergência:comvariadas formas dadescontinuidade basal de velocidade;ecomo aumentodamagnitude de deformação.Constatou-se que estruturas cm Ilor positiva não se desenvol vemcmsistemas polidcformados (compressivo/transprcssivo). Nestes,seformamestruturasemPOP-IIP,constituídaspor- empurr ões e rctrocmpurrõcs. Foi possíveldemonstrarqueasestruturas unnsprcssivasreaproveitam a uujctória dos cavalgamentos mais antigos situados no antepaís da descontinuidade basal. Sistemas de empurrõesverticalizados.comoosquecaracterizamaconvergênciaoblfquacmmuitos terrenospolidcformados,sedesenvolvem,nosexperimentos.porrotação progressivadas falhas quecompõemo sistemaempop-up,Sohbaixamagnitude de deformação,ocorre rotaçãoà verticaldas falhas quando umbackstop rígido interfere nadeformação,

í'ulavras-chuve: modelos físicos. transprcssâo. sistemas polifásicos. estrutura em !lor positiva, estrutura em po p-up.

INT RO DUÇÃ O A deformação tra nspressiva é descrita nomundo inteiroem cinturõesdirecionais simplesou polideforrnados.Estruturas em flor positiva (Harding 1974) representam as feiçõesmais evidentes da transpre ssão , em sistemas simples, e foram ini­cialmente reconhecidas em se ções sísmicas. No carn po. Iincaç õesoblíquas em falh as transco rrent es ou de empurrão sugerem movi­mentos simultaneamente direcionais e cornprcssivos. Investiga­ç õcs detalhadas sobre as estruturas transpressivas são encontra­das e m Wilco x ct ai. (1973 ). Sy lvester & Smith ( 1976), Bürgmann( 199 1), Dooley & McCla y ( 1996) e Ebert & Hasui ( 1998), de ntreoutros.

Existe hoje furto material bibliográfico sobre o modelamentonumérico de zonas tran sprcssi vns s imples (monofás ica s)(Sanderson & Marc hini 1984, Fossen & T ikoff 1993, Fossen et aI.1994, Robin & Cruden 1994, Dutton 199 7, Jones e: aí. 1997,Pusschicr 1998, Tcyssier & Tikoff 1999 etc.) que versam sobre asquase infinitas possibilidades da deformação. no espaço, e dacincnuiticn envolvida. Produzem resultados a partir da variaçãosistem ática de parâmetros preestabelecidos e conseguem prever aatitude das estruturas planares e lineares de zonas de cisalhumento.Modelos analógicos de estruturas transpressivas também foramapresentados em grande número (Wilcox et ul, 1973, Naylor et ai,1986. Richard 199 1, Richard etal. 199 1, Pinet& Cobbo ld 1992, Haq& Da vis 1997, Keller et ai. 1997,T ikoff& Peterso n 1998, Casas etaí. 100 1). llustram a deformação, cm 2 e 3D. e buscam a confirma­ção de modelos tect ónicos teóricos ou a caracterização de estru­turas previamente desconhecidas.

TeITen{)S polideforrnados com feições compressivas/trans-

pressivas são descritos de inúmeros cinturões orogêncios como,por exemplo, da Faixa Ribeira, sudeste do Brasil, IX)!' Hackspacher(1994); do Cinturão Varístico, do oeste da Europa, por Dias &Ribeiro ( 1995) e Onézime elai. (2002) ;dos sistemas Santa Te resa eRio Maranhão, um cinturão de dobras e falhas na porção Setentti­onalda Faixa Brasília. por Fonseca ct ai. (1995);do SistemaSeridó,na Província Borborema, por Hackspachcr et ( I I . (1997); e da Pe­nínsu la de Eyre, sul da Austrá lia, por Vassallo & Wilson (2002).Ao contrário do que se registra na literatura sobre a modelagemfísica analógica de duas fases de deformação envolvendo os pro­cessos da inversão tectónica, inexistem referências sobre simula­ções de sistemas polidefonnad os, causados por campos de ten­sões similares, do tipo cornpressão/transpressão. Nestes siste­mas é difícildiscernir entre as estruturas da primeirae da segundafase. isto é reconhecer as falhas novas das reativadas e, assim,estabelecer a história geológica. Na natureza. análises macro ernicroestruturais das falhas auxiliam nas interpretações. mas, ape­sar disto, perfis geológico-estruturais de sistemas polideformadossão comumente substituídos por cartoons esquemáticos.

No presente estudo, modelos físicos foram empregados para aanálise da transpressão superposta a sistemas comprcssivospreexistentes, ce m o objetivo de melhor compreender a evoluçãoda deformação em terrenos polidefonnados. Uma superfície dediscordância foi gerada nos experimentos. entre as duas fases dedeformação, constituindo a chave para o discernimento entre asestruturas do sistema polifásico. O estudo ilustra por meio deexperimentos físicos a superpo sição , compressão + transpressão.e discute a influência de vari áve is do tipo: ângulo de convcrg ên-

I - Bolsi stas de Iniciação Cie ntífic a (P IB IC/C NPq/UFO I'). Depa rta mento de Geologia, Escola de Minas , Universi dade Pcdcru l de Ouro Preto. Mor ro doCru zeiro, S/ II. 35.400·000 Ouro Prelo - M G - E-mail s: ca rolinc@degco .urop .br.• s ilviabraga@ holmait.com.br. killha7@ mailbr.eom.br. Tc l: (3 1) 3559 ICJOO

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Modelos ttsicos de sistemas polifásicos: encurtamento frontal e converqéncie obliqua

cia. geometria da descontinuidade basa l de ve loc idade e magnitu­de da deformação. Pretende-se . com este trabalho de modelagemex perimental. contribuir ao co nhecimento dos mecanismos de de­formação em terrenos po lideformados, cuj a análise convencionalse baseia em hipóteses geológicos, regras empíricas e co nceitosteó ricos.

Figura I - Desenhos esqucmaucos, em planta. da caixa domodelo Tr anspressão Simples, i}o modelo antes da def onnaç ão(' ii) aplb a transprcss ão. As setas indicam o se ntido do1II00';'lIel/to transprcssívo, e, U , o âng ulo de convergência. CV- cone ven ícu! execnnulo 110 ex pe rime nto , ao final da(le/ ol"lllll{'iio,

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Fora m desen volvida s três sequ ências de modelos. A prim eira,s imulou uma única fase de deformação transpress ivn (F ig, I ) evisav a mostrar as es tru turas em c inturões monoc íclicos. sob di fe­rentes ângulos de con vergência , Ser viu de co mparação aos mo­delos ma is complexos , de duas fases de deformação. Nas dua soutras seq uênc ias (Fi g. 2). a transprcssão se so brepõe a um sis te­ma compressivo . Vários ângulos de convergênc ia foram simula­dos na segunda sequênc ia. todos co m o mes mo deslocamentooblíquo. de 10 cm. Na terceira sequência testaram-se variações J)( )

comprime nto e na alt ura da descontinu idade basal de veloc idadeass im como um aumento na magni tud e da de for mação . 1\descon tinuidade, na base do modelo, rep resenta o segmento crustaIcausador da trunspressão, que, quando curto, simulava a co ndi­ção de uma zona axia l de cint ur õe s converge ntes ob líquos e, quan­do espesso , lima trans press ão ind uzida por um bloco alto doembasamc nto.

Os e xperimentos são den ominados. na o rde m ac ima , deTmnspressiío Simples (mode los TRP-S),Transprcssiio sobre COIIl ­press ão (modelos TRP-TC) e Tmuspressão sobre Comp rcssão -:

Figura 2 - Desenh os esquemá ticos. em planta, da caixa dosmodelos Tran spressão sobre Compressão e Tran sprcssão sobreCompres são - Model os Adic ionai s, i) o model o an tes dadefonnaç ão. ii) o modelo após compressão (a pr imeira fase dedeformação}, iii) mesma situaçlio de ii} após a erosão do relevo.iv} mesm a situação de ii i) após a depos iç ão ( /0 pacote /I ,mostrando a malh a quadrada, desenhada sobre a supe rfíciede topo do modelo, v} o modelo após tmnspress ão (a segundafa se de deformaç ão }. Em ii) a se ta indica a d íreçã o domovimento comp ress ivo, e, em 1') as setas duplas. o sentido domovimento transprcssívo e a ° iingn ío de conve rgência. CV­c0I1e vertical executado /lO experimento. ao final da defonnoção.

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I'IWCEDlMENTO EX I'ER IMENTA L A modelagem físieaanalógica Iundame ntn-sc na teor ia da similaridade . que permi te acompmuçüo entre a es trutura geol ógica e ()expe riment o. Provemda Ân;íl isc Dimensional. desenvo lvida no início do s éculo vinte. cadaptada às Gcoci ências po r l lub bcrt ( 1937) , A tuulmc ntc ,incon uivcis pesqui sas geo lóg icas baliza m as suas conc lusões emsimulações flsicns o que de mo nst ra a sua validade co mo instru­mento de pesqu isa cie ntífica (M cCla y 1990, AlIema nd & Brun199 I,Tron &[lNn 1991 , Huiqi el al . 1992, Higgins & Harr is 1997,Na lpas etai. 1995, Brun& Na lpas 1996, Cotton& Koyi 2000etc.).

Em estudos clássicos de modelagem física ana lógica, Vendeville(' I ui. ( 1987) e McC lay & Ellis ( 1987) e ntre o utros. dem onstram autilidade da areia seca co mo material analóg ico rúptil, para simulara crosta superior. A areia de quartzo rompe de acord o co m o crité­rio de Co ulomb-Mo hr, indepcnde da taxa de deformação e possuibaixa coesão e ângulo de atrito interno em torn o de 30°.

As mod elagens de prese nte trabalho foram efetuadas no La­borut óriode Modelagem Tect ónica do Depart am ento de Geolo­gia. em caixas de experime ntos , de dim ens ões centim étricas, Asca ixas têm uma das quatro paredes laterais, m óvel,e es ta, acoplaclaao motor clétrico do aparelho de defo rmação , ge ra a deformação11\ JS ex perimentos, ii lima velocidadeco nstante de 2J)cm/h,Comomalerial analógico utilizou-sc ureia de quartzo, seca e peneirada nafaixa granulornétrica dc 200 J..un a 300 11m,A areia foi postcrionnen­te tingida com acrilex em um procedi me nto rotine iro no Laborató­rio de Modelagem Tectónica. Os modelos , mo ntados co m cama­das co loridas, permitem a visualiznç ãoda deformaç ão,

O tutor escala utilizado no present e traba lho fo i o norm atm en­te emprega do cm modelos fí sicos anal ógicos. Utilizou-se À;:: 0 ,5 x1O-~ ( 1:200,(x)()), de modo que o pacot e de material analóg ico nosex perimentos . de 3 cm de es pess ura. represent a 6 km de cros tanlptil.

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Caro/ine Janette Souza Gomes et ai.

Modelos Adicionais (mod elos TRP-'!'C-A ).Uti lizou -sc cm todos os ex peri me ntos um pacote de are ia de

cm dc altu ra e 10 cm de co mp rime nto; a largura era de 25 cm rprimeira sequê ncia, que s imulo u uma única fase dcform.u-ional,dc 30 cm, na segunda scqüê nc ia. de duas fases. Co nforme mo:uum as figu ras I e 2. os modelos eram abertos nas late ra is e fcch:do s por Lima parede fixa e outra móvel (o baC'kstoIJ) . nas regiões eantcpafx e pós -pa ís. rcspcctivamcnrc. Metade do pacote de areiafoi mon tada sobre uma folha de carto lina rígida , de 2 mm de cspcs­sura (c sobre uma placa de isop or. de 0,5 cm dc altura, nos mod elosT RP-'I·C-A). Na primeira fase , dedeformação co mpress iva, a folhade carto lina (placa de iso por) era ma nt ida fixa, sobre a base daca ixa de expe rimento. e não e ntrava no processo deformacional.Presa à parede m óvel da caixa, na segunda fas e, a cartolina tran s­mitia o mo vimen to oblíquo, de xtral , à seg unda metade do pacotede areia . ag indo. desta forma, C( H11( 1uma descontinuidade basal develoc idade.

Ao final da de form ação. os experi me ntos foram umed ecidosco m água, e. cortado s e fotografado s ao lon go de seções nor maisao do mínio transprcssiv o. Todos os perfis apre sentados, cm pre­sente trabalho , representam cort es ver ticai s efe tuados no centrodos modelos . Para a verificação dos resu ltados os experime ntosforam repe tido s pe lo menos d uas vezes.

Na sequência Transp rcssiío St.nplcs (model os TRP-S ) o blocom óvel foi deslo cado ob liquam ente, num total de () cm (F ig . I ).Elctuarnm -sc c inco modelos co m dif erentes ân gulos de convcr­gência (ex ::: 15°, 20°, 30°, 35° e 60°), doravante den ominados TR P­S 15, T RI' -S20, TRI'-SlO , TRI' -S15 e TRI'-S60 . Nestes experi men ­tos, o mo vimento lateral fo i moni torado por meio de uma malhaqu ad rada . desen hada so bre a supcrfíc ie de topo do modelo.

Nos mode los de Transpressão sobre Courprcssdo. da scg un­da sequênciade cxpcrim cnros. () deslocamen to do bloco móv el foide 10 cm em ambas as fases dcformaciona is, de encurtamento e detran sprcssão (Fig. 2). Foram rea lizados cinco mo de los co m d i/c ­ren tes ângulos de co nver gê ncia, de 10° (não aprese ntad o), 15°,10", (,(lo e 90" (modelos TR I'-TC j 5, TRI'-TC10, TR I'-TCüOe TRI'­T C 90 ). Pa ra a d ist inção e nt re as estru turas cornprcssivus etranspressivas s imulo u-se, entre as duas fases de de forma ção,LI ma supe rfíc ie de discord ância, no pacote I. CJer(lU-SC a erosã o dorelevo es trutural por meio de um aspirador de pó, q ue nivelo u omodelo de areia , cm 3 cm de altura (a altura ori ginal do ex pcrimen­to ). Sob re a xupcrfíc ie de erosão depos itou -se u ma no va un idadelitnlóg icu (o pacote II, j-;' ig . 3), cuja função era registrar as es trutu­ras ativas na fase 2, de tranxprcssão.

F{)ram desen vol vidos qu atro ex perimen tos na sequênc ia­tntnsprcssiío sobre compressão - model os adicionais (mode losTRP-TC-A). Os modelos TR P-TC -/\ 1,1\2 c A3 repe tiram o modelo'I'RI)-'I'CôO°,com var iações na geom etria da de sco ntinuidade basal.Em TR P-TC -/\ I, es ta de scont inuidade era curta, de 2 cm de largu ­ra, e fina (de 0,2 cm), em TRP~TC-A2 , curta e es pess a (co m 1,0 cmde altura) , e, cm TRP-TC-1\3, lon ga (de 6 cm) c es pessa. Nos cxpc ­rimemos TRP-TC-/\2 e A3, introduziu -se um l1OVOpacote de areia,o pacot e III, de 1,0 cm de espes sura , para co mpe nsar o de grau nocrn basameruo (l-igs, 713 e 7C ). O experime nto TR P-TC-A4 repet iu omodelo TR P-TC 30 1..'0 111 um a rransprcssão de magni tude mais ele ­vada do que aq uela do modelo or igina l (de 16 cm ao invés de 10c m, ou 39% ao invés de 24()A, de enc urtame nto , calculado pa ra acomponente corn press iva eh) mo vime nto oblíquo, C{ H11 u ::: 30° ).

DESCRi ÇÃO DOS EXPERIMEN TOS'Trn nspress ão Simples ' (modelos TRP-S)

A sc q ü ênc iuTodos os mod elos

Figllm ,) - Folop,mji'a.\'· de doi s perfis de ({III dos modelos dnTrn nsprcs s no so b re Co m pressão 1)(1 1"{1 a il ust rnçiio dametodologiu de traba lho. i\ ) Perfíl mostmudo a dcjonnaçiío {fl}(J.I·ufase / , cotnpressiva, II qual prodnrintrês empurrões /10 IN{cO/eI; a linha horizontal (O) indica a POS;çtlO!W qual será gCl"llda li

superfície de discordância. IJor erosão do relevo ( lia prtivitnoe/a/H/ de trobalhrn e a sela o scnt ido da cOII /I)reSS(/o. Os núm eros[amecctn a ordem de/ úJ"/IllIçúOdnsjalhos. IJ) J'elf i/da dc/ ol"lllaç't1ofinal, após a erosão do relevo . a deposição do seg undo pacotede (/Ida tpacot e II) e atntnspressiio. As selas duplas, 0 11 pianta,IIIOSII'llIll o sent ido do IIIO VÚlIelllO transp ressívo. Observar (1IIe.

este pe/.filpermite definir a evolução dasjuíltas. Os empurrões 3.4,5 e 6 cortam o pacote 1/, mais I/OVO, enquanto que as Iaíhas Ie 2 n ão o cortam. COll/O a Ia!!UI 3 foi gerada na fa se I, estacamctcrim /IJI/l l rccnivação.

T RP-S ge raram duran te a transpressão uma ascensão ob líqua domate ria l ana lóg ico, ao lon go da desco ntinuidade basa l (da falhapre cx istcnte). A ascen são do ma teria l c resceu, progressivament e.em a ltura e largura , co m o aumento do âng ulo de co nvergê nc ia domodelo .

1\ figura 4 mostra os ex pe rime ntos cm perfil e nota-se quetod as as falhas se nuclear» na borda da descontinuidad e basal(falh as 1, 2 e 3) . A lém d isto, registra -se, nos ex perimentos TRP-S 15e T RP-S2 0 (Figs. 41\ e B), est ruturas co m geomet ria di ferente da­qu elas formadas nos modelos T RP-S1ü, T RP-S35 e ' 1T~. p-sr,n. Omod e lo TR P-S 15 apresenta duas falhas de alto âng ulo de Jl1l.: I ~ t1­

lho , tmns corrôncia xco m mo vimcnto o blíq uo, e, o co njunto. cons­titui um a típica estrutura em flor positi va. 1\ mesma es trutura seformou no ex perimento T RP-S20 q ue , no entanto, j,í exi be limale ve vcrgênc ia no se ntido elo bloco móv e l (a falha I).

Os model os 'l'I{I)-S30, TR P-S35 e TRI)-SôO carac terizam umaes trutu ra e m P()jJ ~llp , assi mé trica, form ad a por e mp ur rão erctrocmpurrão. co m vcrgên cia co ntrária ao se ntido do en curt a­me nt o . Tod o s os e m p urrões so be m ao lo ng o d o úni c orctrocmpurrão form ado e re ve lam, co m o au me nto do ângulo deconvergência. crescente rejeit o.

Fraturas Ricdc l são ob servadas nos ex pe rime ntos de baixoâng ulo a (mode los T RP-S 15, 20 e 30) (Fig. 5) qu e se mani festam .no entanto, ap enas na supe rfíc ie dos modelos c q ue desaparecempor co mpleto no ex pe rimcnro TR P-SôO, de alto ân gulo ex.

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Modelos físicos de sistemas polifásicos: encurtamento frontal e convergência obliqua

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sobre lima fratura subvertical de movimentação ob líqua, do tipoRiedcl. No mod e lo TRP-TC30, fraturas Riedel se manifestam emgeral ape nas na superfíc ie dos ex perime ntos c desaparecem porco mpleto nos mod elos de o, ~ 60°.

Até o modelo TR P-TC 30 (F ig. 613) nenhuma nova falha deempurrão se for mo u durante a etapa 2, de trunspre ssão. Estasfalhas aparecem apenas nos ex perime ntos TRP-TC60 (falhas 5 e 6)(Fig. 6C) e TRP-TC90 (falhas 5,6 e 7) (Fig. 6D) .É interessante notarque, da mesma forma como na sequência anter ior, todas as falhasde empurrão (de amba s as etapas de deformação) sobem ao longodo únic o retroem purrão formado . Ta mbém , neste ex perime nto. orejeito das falhas, ass im como a ascensão do domínio transprcss ivo.crescem com o aumento do ângulo de convergê ncia.

A seqüê ncía "Transpressão sobre Compressão - Modelos Ad id o-

4cm-=-:J

1M Posição apruximndaM' do." perfis da Fig. 4

~l Empurr ão (trnuscorrên ci a)~ de movimento oblíquo

c=:=J Fratura Riedel

~ Horizontc guia

Figu ra 5 - Os experime ntos da Transpressão Simples, 0 11 planta,mostrando os traços das falhas de empurrão de movimentoobliquo (tronscoirências ) e das fraturas Ricdeí. (A) Modelo TI? P­S / 5; (B) Modelo 'IRP-S20; (C) Modelo 7"IIP-S30: «tt» ModeloTRp·SGO. Os números indicam a ordem dc jonnuciío dasfalhas.Os esquemas, lia lateral, fornecem para cada modelo, o sentidodo movimento e o âng nío de con verg ência 0,.

2 cm

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D

Figura 4 - Os modelos da Tra nspr essão Simples , em perfil . (A)Modelo TRP -S /5; (B) Modelo TRP -S20 ; (C) Modelo TRP -S30;(D) Modelo TRP-S35: e (PJ Modelo TRP-SóO. O bloco elllmovimento é o do lado direito. Os IllÍmeros, nasfiguras, indicama ordens defo n uaciio dasfal tw: as setas, 1/0 plano ho rizontal, osentido do movimento c a. o /ingIllo de converg ência. As letrasN 'N, M 'M , O 'O e P P permitem localizar ca da pC/fil 1/0.'1respectivos. modelos, C11/ plcuuu. dafieura 5.

A scqiiênria 'Transprcssão so bre Compressão' (modelos TRP·T C ) As seç ões lo ng itud inais da seq uênc ia T RP-TC sãoapres e ntadas na figura 6. Obse rva-se que os qua tro mode los sãomu ito parecido s e ntre s i. Formaram -se estru turas e m pOp-llpconstituídas por retro c mpurrõcs e emp urrões que,da mesma for macorno na scqü ônc iu a nterior, se nu cl cam na te rminação dadescontinuidade basa l. Em nen hum modelo aparece uma estruturaem flor pos itiva.

Em todos os modelos, o empurrão 3 ocorre como a ún ica falhareativada . Trata-se do empurrão mais novo, da prim eira etapa dedeformação. que se formou no a ntepnfs da descon tinuidade basa l.As duas outras falha s (falhas I e 2), pos ic ionadas cm cima dadescon tinuidad e . fora m cort adas pelo rcnocmpurrão ma is novo ce mpurradas e m dircção ao backstop. Durante a ascen são, estasfalhas so freram rotação horár ia c conseqüente aumen to no seuângulo de mergulho.

No modelo TR P-TC I5 (Fig. 61\) a deforma ção, de car átcrfortement e dirccio nal, é aco modada sobre falha s de e mpurrão e

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Caroline Janette Souza Gomes et ai.

nais ' (m od e los TRI'.TC·A) EXPE RIMENTO COMIJESCONI1NUIDA DE BASAL CURTA E FINA (2,0 X o.z CM),a ;óOO(MODELO TRP-TC-AI) A figura 7A apresenta o perfi ldo modelo TRP-TC-A I. Observa-se. neste experi mento. que. quan­do <l descontinuidade basalé c urta. o backstop (a parede móvel dacaixa de experimentos) inter fere no desenvolvimento da deforma­ção. Ca usa. no pás-país do sistema co mpressivo, a rotação nose ntido anti- horário da falha 4 c conseqüente geração de maisdois rerroempurrões (falhas 5 e 6) , Estes tam bém são rotacionadosadqui rindo alto ângulo de mergu lho. Em todos os ex perime ntos

AFratura Ricdc l

li.

anteriores. o baixo ângulo de mergulho do retroempurrüo co ndu­zia à asce nsão das falhas de empurrão no sentido oposto ao trans­por te tec tónico. Neste modelo. o alto ângulo de mergulho doretrocmpu rrão (falha 4 ) causo u o inverso. a subida dos retro-em­purrões sobre os empurrões da primeira etapa de deformação : asfalha 1,4 c 5 sobem sobre os empurrões 2 e 3. A co mparação entreas figuras 6C e 7A revela, no entanto , que. apesar de acomodar adefo rmação de forma dist inta. os dois mod elos não diferem nemno n úmero de fa lhas de empurrão aflorantes nem nas d imensões(a ltura c largura) do do mínio deformado.

No mode lo TR P-TC-A I observa-se . a inda, a rcativação da fa­lha 2, durante a etapa de transp rcssão , que fo i pnrcialm c ntc e m­purrada sobre a falha 3.

2cm

I

2cm

I

2 cm

I

7g

Falha de empurrãoda etapa I , de compressão

Falha de empurrãoda etapa 2. de rransprcssão, rearivundouma falha da eta pa I

Falha de empurrãoda e ta pa 2, de transprc ssão . no va

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Figura 7 - Os modelos da 'Transprcssão sobre Co mpressão ­Model os Ad ic ionais, em perfi l. (A) Modelo TRP -TC-A4, comdescon tinuidade basal curta e [inu (2,0 .r 0.2 cm); (8) ModeloTRP-TC-A 2, com descontinuidade basa l curta e em degrau (2 ,0.r / ,0 cm ); e (C) Modelo TRP -TC-A3. com descontinuidade basa llarga e em degrau (6,0 .r / ,0 cm ). O bloco em movimento é o dolado direito . Os Illímer os, I/lIS fi guras , indicam a ordem elefo rmação dasfa lhas: as setas, 110 plano hori zontal, o sentido domovimento e a o ângulo de converg ência.

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Fulha de empurrãoda etapa J. de compressão

Falha dr empurrãoda etapa ~. de tra nsprcssão. rcati vand ouma falha da etap a I

Falha de empu rrãoda etapa ~ , de uan spressão. nova

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Figuru 6 - Os modelos da 'Transp rcss ão sobre Co mpressão, cmpcrfíí, (A) Modelo TRP-TCI5: ( IJ) Mo delo TRP-TCJa,- (C)Modelo TRP-TCóO: c (D) Modelo TRp·TC90_ O bloco CII/

movimento é o do lado direito, Os muneros, nus figuras. indicama ordem defonnação dasfalhas: as se tas, ' 10 plano ho rizontal, o.wntido do movimento e u () ângulo de converg ência.

Revista Brasileira de Geociências, Volume 34, 2004 163

Modelos tisicos de sistemas poIifásicos: encurtamento frontal e convergência obliqua

Figura 8 ~ O Modelo TRP -TC-A4, com descontinuidade basallarga e fi na (ó,Ox 0,2 CIII) e alta magnitude de def ormaç ão. a =J()O .. em perfil. O bloco em movimento é o do lado direito. Osmimeros indicam II ordem de fo rmaç ão das f alhas; as sela s, 110

plano horizontal. o sentido do 11l0l';m e1l10 e a o âng ulo deconverg ência.

as falhas mai s anti gas são cor tadas e empurradas no se ntidoco nuári o à po lar idad e tect óni ca . Dura nte a deform a çãotra nspressiva, ()aum ento no ângu lo de convergência e as variaçõesna geometria da descon tin uid ade basal não prod uze m muda nçase xpressivas no co njunto da s estruturas (sob mesmas co ndiç õesde magn itude de deformação ). Alteram. no antepaís . o número dee mpurrões, e. no pôs-país, a magnitude do rejeito das falhas maisanti gas e, e m pequeno grau. o ângulo de rotação das estruturas.Am bos os fatores conduze m ao aumento em largura e altura dodom ínio transprcssivo,

A aná lise do s modelos da sequência 'Tra ns press ão sobreCompressão - Model os Adic io nai s' pe rmite suge rir qu e adeformação pro gressiva co nstitui a principal causa do e levadoângulo de mergulho da s fa lhas, em sistemas polideformados dotipo compressão + tmnsprcssão. Som ent e os ex perime ntos TRp·TC-A I e TRP-TC-A2 pro duz ira m, sob bai xa magnitude dedeformação, um alto ângu lo de mergu lho das falhas. Estes modelos.mon tados co m a descontinuidade basal curta (de 2 cm) constituem,no e ntanto, casos particulares. A verticalização das falhas maisantigas cm função do aumento gradativo da deformação represe ntaUlll proce sso comum e m siste mas compress ivos simples, co mo j,ídemonstraram Mulgueta & Koyi ( 1987), em experimentosde caixasde areia .

Os in úmeros c inturões de dobram entos e fa lha me nto sbrasile iros , co nstituído s por s istemas co mpressivos que. durantea sua história pol ifãsicu, cvolui rarn para sistemas de convergênciaob líqua (llac kspnchc r 1994, Il ei lbron ct ai. 1995, D'eI Rcy Silva1995, Jard im de Sá et ai. 1995, Fonscca er aí. 1995, l Iackspachcr etai, 1997 de ntre outros) caracter izam falha s de ca valgame ntos(oblíquos) de alto ângulo de mergu lho. Umexemplo é mostrado nafigura 9. descrito por Heilbron et ai. ( 1995), do segmento central daFaixa Ribe ira. Os autores propõem, para a reg ião , durante ,IDeformação Principa lda Orog ônesc Brasiliana.umu fase inicial deencur tame nto fronta l co m vcrg ência para ()Cráton São Francisco

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Falha de empurrãolia ('[:Ipa I, de compre ssü o

Falha de empurrãolia etapa 2, de Iranspressão, rcativanduuma falha lia etapa I

Falha de empurrãolia etapa 2, de rranspressâo. nova

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DISCUSSÃO E C O NC L USÃO OS ex perimen tos fís icosdesen vol vidos em prese nte trabalho mostram que a trunsprcssãoge ra estruturas cm 11()r posi tiva (falhas reversas , subvert icais. co mmovirneruaçâu oblíqua) ape nas nos modelos de urna única fase dedeforma ção, e. entre estes, some nte nos modelos de baixo ângulode convergência (a = 15° e a = 20°) . Este fato já foi de mon stradoIXX Casas et ai. (200 1), que simulara m sistemas transprcssivosutili zando süico nc. de comportamento viscoso , sob as camadasde areia. Os auuu'es dcmouxtraram que as es truturas em flor positivase formam quando u S 20°, o dom ínio da transpressão do minadapor cisalhamcnto simples, e estruturas cm pop-up, quando a > 20°,n domínio da trunsprcssão do minada por c isalhamento puro[l-ossen & Tikoff 1993,Fossen et (/1. 1994 I.

Em sistemas estru turais polifâ sicos. os mod elos revelaram quea tra nsprc ssão. q ua ndo de fo rma um s is te ma de es truturasco mp ress ivus . pree x is ten te , ge ra e s tru turas e m pOp -lip ,constituídas por falhas de empurrão c rctroempurrão. A lém disto,os mode los demonstraram qu e a descontinuidad e ba sal develo cidade (o segmento crusta Ique produz a transprcssão), exe rceforte intluência sobre a rcativação das estru turas mais an tigas.Este faro aco ntece porq ue . no mod e lo. a descon tinuidade basalage co rno um indentcr Assim , apena s os empurrões s ituados noante país da descontinuidade basa l sofrem reat ivação enquantoqu e as falhas s ituadas sobre a mesma são de for madas. Nestedomfnio.rctrocavalgamcntos (um ou mais) controlam ii deformação:

EXPERIMENTO COM DESCONTINUIDADE BASAL LAliGA EI'INA (6,O.rO,2 CIII) EALTA MAGNITUDE DE DEFORMAÇÃO;a = .IVO (MODELO "RP-7C -A4) A comparação entre osex pe rimenlos T RP-TC3D(Fig. (13) c TRP-TC-A4 (Fig. 8),de IDemc de 16 cm de deformação na seg unda etapa. respec tivamente,revela lima gra nde di fer e nça no e nc urta me nto do dom ínionunspressivo. O maior espessame nto. no mod elo 'I'RP-l 'C-A4. foica usado por fort e rotação à vert ical das fa lhas assim co mo por umdeslocamento s ignificativo dos empurr ões 1, 2 e 3 so bre orctrocrnpurrão (falha 5), Alé m d isto, se desen vol veram mais umrctrocavalgamcnto ( falha 6) e duas novas falhas de empurrão (falhas7 e 8 ), inexis tentes no modelo TRP-TC30.

EXI'/:R IMENIO COM OESCONIINUIDADE IJA SAUAIIGA EEM DEGIIA U (2,0 .r 1,0 ClII), a = 60° (MODELO TIIP -'IC-AJ)E.ste mode lo (Fig. 7C) mostra feições parecidasco m as dos modelosTRP-TC30, 60 e90 (mtxle los co m a desco ntinu idade basa l larga efina ) (Figs. 6B, C e D).Tem -se , a rcati vação da falha mai s nova. daIase I. de co mpressão (a falha 3), a ascensão das falhas de empurr ão2 e 3 sobre o retroe mpurrão (falha 4 ), da etapa transpressiva, e afo rrn :l,'i'i n de uma es trutur a 1'01'-/11' . A difer en ça e ntre esteexpcrimcntoc o modcloTkfvl'Cóü (sem degrau) (Fig.6C) consisteno ângulo de mergulh o mais alto das falhas 2 e 3 e no númeromaior de falhas de e n purr ão ge radas na etapa de transpressão ,

I:XI' EI<JMENIO COM Dt:SCON71NUIDADE IIASAL CURTA EEM DEGRAU (2,Ox 1,()clII), a =6(f'(MODELO TRP-TC-A2) Adeforma ção no experimento TRP-TC~ ;\2 (Fig , 711) é diferentedaque la descrita no modelo anterior (experime nto TRP-TC-AI )mas se asseme lha novamente à dos modelos TRP-S e TRP-TC, Odegrau , na descontinuidade basal curta. age co mo um indenter.Causa a formação de um rctroernpurrão (fa lha 4),e, apesa r do altoângu lo de mergulh o deste , a ascensão dos emp urrõe s I, 2 e 3sobre o me- ano. Observa-se. além disto , a rcutivação da falha J e ageração de c inco novos empurrões (falhas 5 a 9) .

164 Revista Brasileira de Geociências, Volume 34, 2004

Caroline Janette Souza Gomes et aI.

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Figura 9 - Blocos-diagrama que ilustram de fo rma esquemáticaas estruturas produzidas por uma fas e de deformaç ão inicial deencurtamento fronta l seguido por uma colisão oblíqua, /lO

segmento central da Faixa Ribeira (modificado de Heilbron etaí. 19<)5 ). A seta grande indica o sentido de comp ressão etransprcss ão. D M -Domfl/io aí óctono médio; D I -Dali/filioaláctono inferior; l -Dobras cm bainha; 2-Dubra.l· tubulares ; }­Boudinugetn.

estas se formam sob ba ixo ângulo de convergê nc ia tant o sobcond ições s imples da deformação tran sp ressiva . qu an to e msistemas po lifásicos.

Agradecimentos C J .S. Go mes agradece ao CN Pq pela bolsa deproduti vidade (processo 300487/89-4) , e S.c. 13raga e M. V. Pess õaao CN Pq e ii urop res pec tivame nte. pe las bolsa s de IniciaçãoCientíficas PIBIC e PI? Aos revi sores da RBG pe las sugestõ es aomanuscri to.

seguida por urna rase de co lisão ob líq ua com co mpo ne ntedirccinnal dextra]. Neste es tudo , assim como na grande maioriados traba lhos que versam sobre o assu nto , não se di scute oproblema da interferência das es truturas tran spressivas sob re asmais antigas. corn press ivas . A pesqui sa. aqui desen vol vida. emcaixas de are ia, demonstra que o efeito não é desprezível. Durantea uu nsprcssão. o moviment o ob líquo é aco mod ado somente sobrefalha s de empurrão, rcativadas ou novas. Apesa r de s imularemuma tcct ônicn simplificada. os ex perime ntos permitem sugerir paraas estruturas descritos na literatura processos similares : rentivação/nuclcaç üo de falh as de baix o ângulo c posterior rotação à vert icalco m o aumento gradativo da deformação. O tra ba lho de Heilbronct aí. ( 1995) co nfirma es ta tese. Os autores não fazem menção auma anál ise quant itat iva da deforma ção, mas o co nj unto deest ruturas descri tas para os domínios al óctonos, médio e infe rior ,amb os afctados pela convergê ncia oblíqua (dobras apertadas aisoclinais . lineação mineral/esrirumenro. foliação milonítica e dobrasem bainha) indicam uma deformação de média a alta.

Rctrocuvulgam c ntos . embor a descritos na liter atura , nãoconstituem feições tão comum; na natu reza quanto nos modelosfís icos. Este problema está re lacio nado e m parte com o materialutilizado para simular a descontinuidade bas al de velocidade e ()bnckstop (cartolina, iso por o u mad e ira ), mui to ríg ido e mcomparação com as prop riedades mec ân icas da areia seca (Gomes1996) . O fato não inval ida os resultados aqui aprese ntados, umavez que pesquisas experimentai s envolvendo ani sot ropias derocha s jâ demonstraram que estas podem causar var iações naor ientação, no mergulho e no núm ero das falhas (Do nath 196 1,Morley 1999).

1\ formação de rctrocm purrõcs, e m mode los físico s. rúpteis.foi anal isada por Bonini ct ol. (19 99) que demonstraram que, emsistemas de cavalgame nto. um indenter rígido deform a um pacotede areia, com vergê nciu co ntrária ao sentido da co mpressão, se asua face fronta l possuir ângulo de incl inação s 45°. Indenters. comface frontal ma ior que 45°, geram sistemas cornpressivos co mpo laridade tect ônica para () antepa ís. Em present es modelos, adescontinuidade basa l tam bém constitu i um indenter rígido, noe ntanto. d iferente dos experimentos de Bonini et al. (1999 ), estenão aflora . Observou-se qu e, nesta co nd ição . emp urrõe s e retro ­e m purrões se form am s imu lta ne a mente. ind e pende nte el ageometria do indetner.

1\ analise das frat uras Riedel. nos e xperim e ntos. revelou que

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Mmm scr j(o A~ 135MRecehido em 04 de julho de 2002

Revisão dos autores em 10 de ;]hril de 2004Revisão aceita em 2S de <Ibril de 2004

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