Analisis Geologico Estructual - Leccion 14 - Fallas

Análisis Geológico Estructural

Universidad Alicante

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:

Teodoro Pérez Pérez

Análisis Geológico Estructural •

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 techo asciende 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 del deslizamiento 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 la acción 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 de falla. 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 fusión parcial debida al rozamiento de la falla que genera un vidrio ya que se enfría muy rápidamente.


Análisis Geológico Estructural 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.


Análisis Geológico Estructural 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 nos encontramos.

b.

Anticlinales de roll-over: son antiformes generados por el basculamiento de las capas del bloque de techo en una falla normal lístrica (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 de una 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 la superficie topográfica en el momento de su génesis. 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.

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.



b.


Facetas triangulares: son estructuras producto de la erosión del escarpe de 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 

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?

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.

Al realizar un sondeo, comprobamos que no atraviesa el material 1, por lo que comprobamos que omite 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 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.




Perfil del terreno realizado a partir de los perfiles sísmicos y de una serie de sondeos marcados en la figura.

Pueden producirse aberraciones por: -

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

-

Discontinuidades (línea D)


Análisis Geológico Estructural -


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 h1 = h3 ≠ h2

h1

h2

h3

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)

-

Discontinuidad en la secuencia

Es 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.




Para comprobar esto hay que: •

Comprobar la secuencia de abajo-arriba.

•

Comprobar la secuencia de arriba-abajo.

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 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 Constan de dos diagramas de tal manera que cada medida se representa en dos puntos (uno en cada diagrama). En ordenadas tenemos la profundidad 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) •

•

-

-

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).

b) •

•

-

-

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.


Dirección de la falla paralela a la dirección de los estratos. Buzamiento de la falla paralelo al buzamiento de los estratos .


c) •

•

-

-

Dirección de la falla oblicua a la dirección del estrato. Buzamiento de la falla parelelo al buzamiento 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 la dirección del estrato. Buzamiento de la falla oblicuo al buzamiento 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 tramo TP-CP e invirtiéndose.




3. SISTEMAS DE FALLAS Y SU GRÁFICA


REPRESENTACIÓN

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. -

Forman estructuras estructural y topográficamente deprimidas que 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.

3.1.3. Sistemas anastomosados: Conjunto de fallas que se van cruzando. Típicamente se generan en fallas de salto en dirección. En planta sería:




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 ( falla neutra).

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 del bloque 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.

Falla inversa


5º) Pintamos la flecha según la dirección y el sentido de movimiento de la falla y también según el tipo de falla que sea.



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

4. DETERMINACIÓN DE LOS ESFUERZOS PRINCIPALES A PARTIR 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 1 

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 de intersección que nos da la dirección de σ1 y será perpendicular a las estrías. σ3  es la bisectriz obtusa de los dos planos ( ≈ 60º). σ

90 º


1º) Representamos los planos de fractura: - falla A El punto de intersección es σ 2 - 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.

Analisis Geologico Estructual - Leccion 14 - Fallas

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