FALLAS Y ZONAS DE CIZALLA C IZALLA (P (PARTE ARTE I): ASPECTOS GENERALES Roberto Oyarzun1 y !"ue# Dob#a$% 1: Departamento de Cristalografía y Mineralogía, Facultad de Ciencias Geológicas, Universidad Complutense, Madrid, España !
: Departamento de Geología, Museo "acional de Ciencias "aturales, Conse#o $uperior de %nvestigaciones Científicas &C$%C', España
Deta##e &e una zona &e 'a##a (tran$urrente) a# norte &e# &!$tr!to !nero &e Pun!ta*u! (Cu+Au+,")- C.!#e
Intro&u!/n Por razones diversas, con el pasar de los años se ha producido un divorcio progresivo, progresivo, hoy notable, entre lo que es la geología de minasexploración y la geología estructural. En este sentido se han generado dos problemas undamentales, ambos relacionados con la enseñanza de la geología en los centros universitarios. ! bien la enseñanza que se imparte es en gran medida obsoleta o restringida, o bien "sta es
tan especializada que resulta diícil relacionar los conceptos allí discutidos con el campo aplicado de la geología económica. Estas notas pretenden #ustamente esto, cerrar de una manera simple el gap existente entre una geología estructural moderna, quiz$s demasiado teorizante, y las potenciales aplicaciones de "sta en el campo de la geología de minas-exploración. minas-exploración. % lo largo de las próximas secciones revisaremos desde la base los conceptos m$s importantes en lo que respecta a allas y zonas de cizalla& qu" son, como se reconocen, como podemos determinar su historia cinem$tica, y sobre todo, como podemos de'nir ambientes estructurales avorables para el desarrollo de mineralizaciones. (inalmente quisi"ramos señalar que este apartado no puede ser considerado como un manual de geología estructural, en el cual tendríamos que entrar orzosamente en innumerables consideraciones teóricas que desvirtuarían el propósito del traba#o. Por el contrario, se trata de unas notas muy simples, desglazadas en dos partes )Parte * y ** **++ que pretenden servir de herramienta de traba#o de tal manera que el geólogo de minas o exploración pueda reconocer y entender el comportamiento de una alla a dierentes escalas.
E# &e$ubr!!ento &e 0a#aazoo (Ar!zona- SA): #a !2ortan!a &e enten&er una 'a##a "Cuando se trabaja hacia la solución de un problema, siempre ayuda el que usted sepa la respuesta; claro está, asumiendo, por supuesto, que usted sepa que existe un problema ..." uiz$s pocos e#emplos ilustran me#or la importancia de los estudios estructurales como el descubrimiento del yacimiento tipo pór'do cupríero de alamazoo en la d"cada de los /, en el cual participó de manera undamental el geólogo americano 0.1. 2o3ell. 1icho descubrimiento est$ rodeado de varios aspectos notables entre los que habría que destacar sobre todo, el estudio "integral" del "integral" del problema. 4i no entendemos la "geología" de "geología" de una zona, poco podremos hacer en lo que respecta a exploración, salvo que, se coníe en la "suerte" como "suerte" como elemento esencial del proceso. Esto cobra especial relevancia si lo que se est$ buscando es un cuerpo que puede ser no a5orante. 2os años 6/ estuvieron marcados en el campo de la geología económica por la publicación de una serie de traba#os sobre alteración hidrotermal - pór'dos cupríeros en la revista americana Economic 7eology. 7eology. uiz$s el m$s signi'cativo de ellos es un cl$sico en el tema& "Lateral and ertical alteration!mineraliation oning in porphyry ore deposits" )2o3ell deposits" )2o3ell y 7uilbert, 896/+. :na de la ilustraciones m$s conocidas del traba#o muestra la zonación espacial
de las acies de alteración hidrotermal en 4an ;anuel-alamazoo )%rizona, :4%+ )(ig. 8+. En la actualidad dicha 'gura se encuentra en pr$cticamente todos los textos de estudio sobre yacimientos minerales. 4in embargo, un &eta##e a 3ee$ 2oo $e4a#a&o )y en ocasiones omitido+ en dicha 'gura, es la 2re$en!a &e una 'a##a que corta el esquema de manera oblicua )(ig. 8+. 4e trata de la 'a##a San anue# , y como veremos a continuación, ba#o el punto de la aplicación de m"todos estructurales al estudio y exploración de yacimientos minerales, es un rasgo extremadamente importante, paradó#icamente, poco o nada señalado en los textos de estudio.
Fig (: Es)uema de alteración en el pórfido cuprífero de $an Manuel*+alamaoo "ótese la falla $an Manuel separando los dos segmentos del pórfido &-o.ell y Guil/ert, (001'
4an ;anuel-alamazoo no es ni económica ni geom"tricamente un yacimiento ?>@AB-C/ ° 4+ )(ig. A+. 4i bien originalmente constituían un solo cuerpo mineralizado, el movimiento normal de la alla cortó el cuerpo mineralizado generando los dos segmentos actualmente conocidos. 4an ;anuel )m$s cercano a la super'cie+ se localiza a muro )#oot! $all+ de la alla y alamazoo 8. Dm hacia el oeste )a una proundidad de //-8AA/ m+ a techo )hanging!$all+.
Fig !: Es)uema geológico de los segmentos desplaados $an Manuel y +alamaoo $implificada de -o.ell &(023'
4i bien 4an ;anuel era conocido, el descubrimiento de alamazoo )"Lo$er %"+ ue la consecuencia de un traba#o geológico integrador, que relacionó las acies de alteración y la mineralización con la estructura. El razonamiento b$sico de exploración ue el siguiente )2o3ell, 89+& 8+ 4an ;anuel representaba sólo una parte de un cuerpo mayor= A+ el cuerpo se encontraba basculado= y C+ la alla que cortaba 4an ;anuel era normal y de ba#o $ngulo. Con#u$!/n, un segmento de 4an ;anuel tenía que estar m$s aba#o, sobre la alla. Re$u#ta&o, eectivamente, m$s aba#o, hacia el oeste yacía un cuerpo mineralizado, luego bautizado como alamazoo.
(allas, zonas de alla y zonas de cizalla& de'niendo conceptos undamentales Existen tres conceptos undamentales relacionados entre si& alla, zona de alla y zona de cizalla )e.g., ;cFlay, 896= 1avis y Geynolds, 899+, utilizados a veces de manera indistinta y de manera incorrecta. :na 'a##a es por de'nición una ractura r$gil a lo largo de la cual ha ocurrido un desplazamiento visible, en general paralelo a la super'cie de la misma. Por su parte una zona &e 'a##a se encuentra compuesta por innumerables super'cies de alla r$giles, subparalelas e interconectadas, estrechamente espaciadas conteniendo zonas de brecha o ault gouge. 2a zona &e !za##a )(ig. C+ corresponde a una ancha zona de deormación generada ba#o condiciones d
deormación pasa de r$gil a d
Fig 4: Es)uema de una gran ona de cialla y rocas asociadas 5ransición d6ctil* fr7gil en líneas verticales $implificada de $i/son &(088'
Fig 9: Clasificación de las rocas de fallas en función de las tasas de deformación y recuperación $implificada de ise et al &(039'
2a textura de las rocas deormadas es principalmente el resultado de la relación din$mica entre la deormación y la recuperación@recristalización del material sometido a esuerzos )>ise et al., 89H+. El balance entre la tasa de deormación y la tasa de recuperación@recristalización determina la textura de la roca de alla. % su vez, ambas tasas son unción de variables tales como la composición de la roca, el tamaño de grano, la temperatura, la velocidad, la presencia@ausencia de 5uidos y el campo de esuerzos.
Roa$ &e 'a##a 2os materiales que se encuentran sometidos a una r$pida deormación, a relativamente ba#a temperatura, con recuperaciones ba#as o nulas, originan rocas pertenecientes a la $er!e ata#6$t!a. En el otro extremo, ahí donde domina la recuperación@recristalización, a temperaturas m$s elevadas, se ormar$n rocas pertenecientes a la $er!e!#on7t!a )>ise et al., 89H+. Fonsiderando que en muchos aspectos texturales )y su modo de ormación+ esta
persistencia regional dentro de una zona de cizalla )con estructuras internas típicas de estas deormaciones+, si pertenece a una ormación geológica cartogra'able con marcada estrati'cación )o esquistosidad interna+, o corresponde a una enomenología local de morología irregular )i.e., zona de alteración+. Por otra parte, el que reconozcamos unas rocas alteradas como pertenecientes a una zona de alla no implica que estas carezcan de "inter&s económico". Por el contrario, solo nos encontraríamos en otro ambiente geológico, en el cual tambien pueden existir mineralizaciones. %l respecto cabe destacar la posibilidad de mineralizaciones auríeras enca#adas en la zona de cizalla o zona de alla. 2as $eu&ota*u!#!ta$ )(ig. + son un undido de roca de origen mec$nico )riccional+ generado por un movimiento muy r$pido de la alla ba#o r"gimen sísmico. 2a inyección de este undido en grietas de tensión locales conlleva el enriamiento instant$neo del material dando una roca con aspecto vítreo )de allí el nombre+.
Fig ;: E#emplos de "fault gouge" estructurada con criterios <, =, > &movimiento sinestral' $ureste de España &Do/las et al, (008/' Este es una e#emplo de fault gouge "cohesiva" por circulación de fluidos ?idrotermales
Fig 2: iver &$ud7frica' El afloramiento tiene unos ! m, note los /lo)ues angulosos de granito en una matri negra de grano fino a microcristalina 5omada de $pray &(003'
2as rocas de la $er!e !#on7t!a son cohesivas y oliadas, se desarrollan en r"gimen d
Fig 8: Granito milonítico $*C del $istema Central Español &Do/las, (001'
Fig 3: Evolución de la deformación en granitos ciallados del $istema Central Español &Do/las, (001' "ótese la evolución de la deformación desde grados medios &A' ?asta grados ultramiloníticos &F'
Fa##a$: one2to$ b6$!o$
%nderson )89/B+ realizó a comienzos de siglo una clasi'cación din$mica de las allas basada en posicionamiento de tres vectores principales de esuerzos& 1, %, 8, ortogonales entre si, que cumplen el requisito general de 1J %J 8 )(ig. 9+. 1ependiendo de las posiciones de los vectores se de'nen los tres tipos de allas principales& nora# ) 1 vertical, % y 8horizontal+, tran$urrente) %vertical, 1 y 8 horizontal+, e !n3er$a ) 8 vertical, 1 y % horizontal+. Fomo veremos m$s adelante, la clasi'cación %ndersoniana es muy restringida y presenta problemas para la interpretación de muchos casos. Por e#emplo, no explica el comportamiento #7$tr!o)curvamiento progresivo del plano de alla en proundidad+ de las allas normales )(ig. 8/+, ni menos las grandes super'cies tipo "detachments extensionales" )(ig. 88+, o el car$cter irregular )con variaciones en el rumbo+ de las allas transcurrentes. !tro aspecto a considerar es el hecho de que muchas veces la allas presentan un movimiento combinado, )e.g., normal-transcurrente+. En resumen, las allas distan mucho de presentar un comportamiento "ideal" %ndersoniano y al respecto deberíamos recordar una premisa undamental& #a$ 'a##a$ $e ur3an y &e .e.o a$! nuna $on 2#ano$ $!no 6$ b!en $u2er9!e$. Producto de esas curvaturas se generan situaciones asim"tricas en la distribución de esuerzos a ambos lados de la alla o zona de alla, resultando en zonas de extensión o compresión locales. 1iscutiremos esto m$s adelante.
Fig 0: Clasificación din7mica Andersoniana de las fallas (,!,4: vectores de compresión (,!,4 5omada de McClay &(038'
Fig (1: Fallamiento normal de car7cter lístrico en la región costa afuera de "ova $cotia (: cortea inferior de origen magm7ticoB !: rocas plutónicas masivasB 4*9: /asaltos y rocas sedimentariasB ;: rocas sedimentarias 5omada de Davis y >eynolds &(002'
Fig ((: $istema tipo detac?ment etensional ernice &(03;'
1e acuerdo al sentido de movimiento podemos decir que una 'a##a nora# )(ig. 8A+ es aquella en la que el bloque del techo se mueve hacia aba#o con respecto al bloque del muro. Estas allas suelen tener buzamientos moderados a altos, con un promedio de / ° . Fon buzamientos menores a HB ° )no previstos por la din$mica %ndersoniana+ pasan a denominarse 'a##a$ nora#e$ &e bao 6n"u#o. 2as 'a##a$ tran$urrente$ )(ig. 8A+ son aquellas que acomodan movimiento horizontal de los bloques adyacentes. Estas dependiendo a su vez del movimiento relativo de un bloque con respecto al otro, pueden ser de dos tipos& &e;tra#e$ o $!ne$tra#e$. Por su parte, las 'a##a$ !n3er$a$ )(ig. 8A+ se caracterizan por un movimiento del bloque del techo hacia arriba con respecto al muro. 2as allas inversas tienen generalmente un buzamiento menor a HB ° , en promedio C/° . 4i estas buzan m$s HB ° pasan a denominarse 'a##a$ !n3er$a$ &e "ran 6n"u#o. Kanto las allas normales como las inversas pueden ser lístricas.
Fig (!: Clasificación de las fallas en función del sentido de desliamiento 5omada de Davis y >eynolds &(002'
% esto habría que agregar el movimiento combinado que pueden tener las allas, hablaremos en este caso de 'a##a$ on &e$#!za!ento ob#!uo )(ig. 8A+, que son combinaciones de movimiento )mixto+ entre allas transcurrentes )traslación horizontal+ con movimientos normales o inversos )deslizamiento hacia arriba o aba#o a lo largo del plano de alla+.
Zona$ &e !za##a :na zona &e !za##a )e.g., 1avis y Geynolds, 899+ )(ig. C+ es una estructura ancha ormada ba#o condiciones d
m
Fig (4: Un segmento de la ona de cialla de Atacama &norte de C?ile' "ótese la relación espacial con mineraliaciones de ?ierro 5?iele y
Fig (9: -a ona de cialla de -i)uiñe*f)ui &sur de C?ile' erv &(039'
Fig (;: Anc?a ona de deformación fr7gil con presencia de fault gouges de llamativos colores Hona de falla en Almería &$E de España'
1escribiremos a continuación las características internas de las zonas de cizalla dise et al., 89H+. Existen tres sets de racturas que pueden desarrollarse en una zona de alla r$gil. Estas son los denominados planos de Giedel )G+ 8 y A )G 8 y GA= tambien denominados G y GI+ y los planos P )(ig. 8+. 2os planos sint"ticos G 8 se orman a un $ngulo agudo )L 8B °) con la envolvente general de la zona de alla. 4u arreglo geom"trico es en "chelon )escalonadas+, es decir, paralelas entre ellas dentro de la zona de cizalla. 2as racturas antit"ticas GA son con#ugadas con respecto a G 8 y orman un $ngulo de unos 6B ° con respecto a la envolvente de la zona de alla. 1ebido a la evolución din$mica de la zona de alla se producen ciertos enómenos que llevan a la rotación de los sets G 8 y GA. 2os primeros se disponen progresivamente a $ngulos ineriores )M 8B ° + con respecto a la envolvente y los segundos evolucionan hacia un $ngulo mas grande )J 6B° +. Por otra parte, durante esta evolución aparece un tercer set de racturas, esto es, los planos P, ormando un $ngulo agudo con la envolvente. !tras estructuras que se pueden ormar en esta zona son pliegues y grietas de tensión en "chelon, aunque estas
F!"< 1=: Fratura$ &e R!e&e# (1 y %) y 2#ano$ P< Toa&a &e C#ay (1>?@)< :na zona &e !za##a &5t!# est$ caracterizada por la presencia de rocas de la serie de la milonitas )proto a ultramilonitas= >ise et al., 89H+. Fomo podemos imaginar esta zona d
una milonita.
En #a 2r6t!a muc?as onas de cialla presentan en realidad un caracter d6ctil*fr7gil, ya que han operado mecanismos propios de ambos tipos de deormación )e.g., 1avis y Geynolds, 899+. Gran 2arte &e #o$
ya!!ento$ &e oro a$o!a&o$ a zona$ &e !za##a en Cana&a y otra$ re"!one$ &e# un&o $e .an or!"!na&o u$taente en e$te ab!ente. %lternativamente, las zonas de cizalla pueden presentar una evolución en el tiempo, de d
Arre"#o "eotr!o &e #a$ zona$ &e 'a##a: 'en/eno$ &e ur3atura :no de los aspectos no previstos por la teoría %ndersoniana )(ig. 9+ es que las allas se curvan. 2as allas se curvan, entre otras cosas, porque los materiales geológicos no son isotrópicos. 2as inhomogeneidades causadas por el paso de un ambiente geológico a otro )litología, estructuras previas+ a escala local o regional induce variaciones direccionales en el vector de propagación de una alla, en otras palabras, una alla o zona de alla no puede mantener una continuidad en el rumbo )a veces ni siquiera una continuidad ...+ debido a los cambios ísicos que encuentra en el camino. Esto tiene la mayor importancia en lo que se re'ere a la interpretación de la estructura regional local ba#o estudio. Fomo veremos a continuación, el que nos encontremos con dos sets de allas transcurrentes, por e#emplo ?C/ ° E )sinestrales+ y ?C/ ° > )dextrales+, no implica necesariamente que estas constituyan un 2ar onu"a&o en el sentido %ndersoniano del termino, con σ8orientado según N-S. erfectamente podr!amos encontrarnos ante el caso de un &u2#e; que analizaremos m$s adelante )>oodcocD y (ischer, 89+ )(ig. 86+, ocasionado por el curvamiento de una alla, cuyas características e implicaciones di'eren substancialmente del concepto simple de par con#ugado. %ntes de abordar este tema en concreto analizaremos las geometría m$s simples del allamiento.
Fig (8: %nfleiones, saltos, a/anicos im/ricados y duplexes en sistemas transcurrentes oodcoc y Fisc?er &(032'
Sa#to$ e !nBe;!one$ en 'a##a$ 2os sectores transcurrentes en zonas de alla pueden disponerse espacialmente de diversas maneras& en "chelon )o escalonadas+, en relevo, anastomosadas, en terminaciones en Ncola de caballoN )(ig. 86, 8+. Estas disposiciones re5e#an las dierentes ormas en que se puede distribuir el deslizamiento en unción de las condiciones reológicas y el esuerzo total que tiene que ser acomodado. Fabe destacar que algunas de las consecuencias estructurales m$s interesantes desde el punto de vista de los yacimientos ocurren #ustamente donde las allas se curvan o se escalonan.
Fig (3: Arreglos diversos de fallas 5omada de Davis y >eynolds &(002'
El movimiento de las allas a lo largo de super'cies planares perectas )cosa poco com
pueden circular con mayor acilidad. %dem$s, a escala regional, una in5exión en apertura es el lugar perecto para el desarrollo de intrusiones menores ba#o condiciones extensionales.
Fig (0: $ituaciones de etensión y compresión &ver sentido de las flec?as' en sistemas de fallas detrales y sinestrales con infleiones y saltos 5omada de Davis y >eynolds &(002'
%parte de las in5exiones otro rasgo típico en allas son los $a#to$ )stepoers , offsets+ )(ig. 89+, que a dierencia de las in5exiones, no se conectan entre si, aunque mantienen parecida dirección y el mismo sentido de movimiento. %l igual que las in5exiones, decimos que los saltos pueden generar zonas en a2ertura o en cierre. 2as zonas en apertura y en cierre )en in5exiones y saltos+ pueden dar lugar respectivamente a depresiones ) pull!aparts+ susceptibles de ser rellenadas por materiales sedimentarios, o a alzamientos compresionales ) pop!ups, push!ups+ )(ig. A/+.
Fig !1: A: Depresión & pull-apart ' suscepti/le de ser rellenada por materiales sedimentario y alamiento compresional & pop-up, push-up' asociados a una falla transcurrente detralB I: Es)uema sinóptico &en planta' de la situación o/servada en el /lo)ue superior U: /lo)ue levantado, D: /lo)ue descendido &movimiento relativo' 5omada de Davis y >eynolds &(002'
Du2#e;e$ y e$trutura$ en Bor 2a presencia de in5exiones y saltos a lo largo de una alla promueve la ormación de estructuras denominadas &u2#e;e$ )>oodcox y (ischer, 89+. 2as rocas que se encuentran dentro de la zona de in5uencia de una in5exión o salto se pueden allar progresivamente )allas menores paralelas a la dirección de la in5exión+ generando sistemas imbricados en relación a la alla principal. Por otra parte en el caso de allas de traza recta, la ormación de un duplex puede originarse a trav"s del desarrollo de racturas de Giedel. El an$lisis del proceso de ormación de duplexes puede realizarse a trav"s de dos mecanismos& procesos de &e'ora!/n 2#anar ) plane! strain+ y de &e'ora!/n no 2#anar )non!plane strain+ )e.g., 1avis y Geynolds, 899+. En el caso teórico de la deormación planar si una esera es deormada triaxialmente y ocurre un estiramiento en la dirección 48 )m$ximo estiramiento+ "ste ser$ compensado de manera perecta por un acortamiento en la dirección 4 C )mínimo estiramiento+, sin que se produzcan cambios en la dirección 4 A, así una esera perecta se transormar$ en un elipsoide perecto )de revolución+. 4i llevamos "sto al caso que nos interesa )sistemas de allas transcurrentes+, la situación ser$ la siguiente )>oodcocD y (ischer, 899+& dado que σ8"esfuer#o má$imo) y σC"esfuer#o m!nimo) están en la %ori#ontal, todos los cambios ocurrirán a%!. &n otras palabras, ba'o esta perspectiva teórica, no %abr!an levantamientos " pop!ups, push!ups+ o hundimientos ) pull! aparts+, ya que estos tendrían que ocurrir en la dirección de σA "en este
caso, equivalente a S(), que es perpendicular a la superficie %ori#ontal. a deformación planar es dif!cil de mantener en sistemas reales, pero sirve en todo caso como referente para introducir el modelo cinemático. a diferencia principal que presentará la formación de duple$es por &e'ora!/n
no 2#anar )caso m$s cercano a la realidad+ se encuentra en la compensación volum"trica por hundimientos y levantamientos. %sí en duplexes extensionales se ormaran hundimientos, y en los compresionales, levantamientos. :nas de las estructuras m$s notables derivadas de la deormación no planar son las denominadas Bore$ 2o$!t!3a$ ) positie 'o$ers+ y Bore$ ne"at!3a$ )negatie 'o$ers+ )>oodcocD y (ischer, 89+ )(ig. A8+, que a su vez se corresponden con los casos de duplex compresional y extensional, respectivamente. 2a geometría interior de las allas secundarias en un duplex muestra que estas convergen en proundidad hacia una zona de alla
Fig !(: Estructuras tipo flor negativa &A' y flor positiva &I' "ote la su/sidencia y alamiento respectivo en A y I, así mismo como el caracter mito &transcurrente* normal y transcurrente*inverso' del fallamiento asociado oodcoc y Fisc?er &(032'
%r a /i/liografía
