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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:
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• 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)
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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