Estrés, fallas y pliegues

Estrés, fallas y pliegues

1. Estrés

   • Todas las rocas de la corteza están sujetas a fuerzas debido a la aceleración gravitacional, los movimientos de las placas tectónicas y la masa de rocas, agua y aire que las rodean.
     • Normalmente identificamos dos tipos de fuerzas: fuerzas corporales y fuerzas superficiales
       • Las fuerzas corporales actúan por igual en todos los elementos de un volumen. La magnitud de la fuerza de un cuerpo es proporcional a la masa del elemento sobre el que actúa, o su volumen multiplicado por su densidad
       • Las fuerzas superficiales son fuerzas que actúan a lo largo de las superficies e incluyen fuerzas como la fricción o la presión. Estrictamente hablando, estas tensiones se denominan tracciones, que se definen como la fuerza por unidad de área que actúa sobre una superficie.
   • Una tensión o tracción que actúa sobre un plano con cualquier orientación se puede descomponer en dos componentes: una tensión normal sn, que actúa perpendicularmente a la superficie; y un esfuerzo cortante ss, que actúa en paralelo a la superficie
     • Cada una de las tracciones que actúan sobre la superficie de una roca y que resultan de las fuerzas tectónicas, litoestáticas, de flotabilidad o hidrostáticas se pueden representar como un vector que se puede sumar con todas las demás tracciones impuestas para definir la magnitud total y la orientación de la tensión impuesta en cualquier especificación.

2. Esfuerzos y fallas

   • El ciclo del terremoto
     • El modelo clásico
       • El tiempo y la deformación que abarca un terremoto y todo el intervalo entre terremotos sucesivos se denomina ciclo de terremotos.
         • A cierta profundidad por debajo de la superficie, la falla se desliza continua y asísmicamente en una zona de deformación dúctil, pero en la corteza quebradiza durante el intervalo interseísmico
           • A cierta distancia de la falla, las rocas de la zona frágil se mueven al mismo ritmo que los bloques de la corteza. La cantidad de desplazamiento disminuye a cero en la falla
             • Cuando la fuerza de fricción de la falla es superada por el esfuerzo impuesto, la falla se rompe durante un terremoto
     • Modelos alternativos de terremotos
       • Como resultado de las observaciones relacionadas con numerosos terremotos, el modelo simple de Reid (1910) del ciclo de los terremotos se ha modificado significativamente
         • la deformación observada a lo largo de las fallas, como los pliegues y las compensaciones de fallas, indica que no se recupera toda la deformación previa a la falla.
           • El intervalo post-sísmico sigue inmediatamente a un terremoto y es uno durante el cual la tensión se acumula más rápidamente que en el intervalo interseísmico subsiguiente
             • Se ha demostrado que la cantidad de deformación post-sísmica y liberación de energía es igual a la del evento cosísmico
   • Asperezas, barreras y terremotos característicos
     • ¿Qué controla las rupturas?
       • Los terremotos ocurren claramente cuando se excede la fuerza de una falla.
         • parece probable que los segmentos o parches localizados de algunos planos de falla controlen la fuerza de algunas fallas, mientras que otras partes a veces están relativamente libres de tensión
           • las asperezas representan irregularidades que pueden concentrar las tensiones a lo largo de una falla, y su resistencia con respecto a las tensiones cortantes que se ejercen sobre ellas puede controlar cuando ocurre la falla.
             • Alternativamente, se puede pensar que los terremotos causan rupturas a lo largo de un plano de falla heterogéneo en el que algunos parches fuertes no se rompen. Estas regiones no rotas se denominan barreras
     • Terremotos característicos y modelos de fallas
       • Se ha propuesto que algunas fallas se caracterizan por terremotos característicos, en los que una falla o un segmento de falla se rompe repetidamente y muestra aproximadamente la misma cantidad y distribución de deslizamiento durante cada evento sucesivo
         • Si una falla realmente mostrara terremotos característicos, el conocimiento de un solo evento de falla proporcionaría una comprensión notable de los patrones de ruptura anteriores y futuros, debido a que la acumulación y liberación de tensión, la tensión cae durante la falla, las variaciones en los desplazamientos a lo largo de la falla y la longitud de la ruptura se duplicaría aproximadamente en sucesivos terremotos.
   • Variaciones de desplazamiento a lo largo de una falla, crecimiento de falla y segmentación de falla
     • Variaciones de longitud y desplazamiento de la falla
       • El concepto de terremotos característicos contrasta con estudios que sugieren que, a medida que una falla acumula un mayor desplazamiento total, se alarga, de modo que, con cada terremoto, la ruptura se alarga un poco más.
         • Para recopilar un conjunto de datos robusto sobre el crecimiento y desplazamiento de fallas, son deseables al menos tres atributos:
           • una superficie plana extendida que pueda servir como un marcador contra el cual calibrar los desplazamientos de fallas
             • una gran variedad de fallas que compensan la superficie
               • ausencia de erosión o deposición significativa posterior a la falla en el marcador deformado.
     • Enlace de segmento de falla
       • una falla individual simplemente se alarga a través del tiempo y acumula más desplazamiento, siguiendo el gradiente de desplazamiento en forma de arco idealizado
         • El desplazamiento aumenta constantemente a medida que crece la falla.
           • Con el tiempo, la falla compuesta puede suavizar el déficit de deslizamiento cerca de los límites del segmento anterior, de tal manera que sólo pequeñas desviaciones del desplazamiento esperado pueden marcar estos límites
             • la falla se alarga rápidamente al comienzo de su historia, pero luego simplemente acumula desplazamiento con poco o ningún alargamiento de falla
     • Compensación de desplazamiento entre múltiples fallas
       • a medida que el desplazamiento disminuye en una falla, el desplazamiento en una hebra de falla superpuesta aumenta, de modo que el deslizamiento neto a través de la región superpuesta disminuye solo ligeramente
         • Cuando el desplazamiento en fallas individuales y bloques inclinados se suma a lo largo de toda la zona de falla, emerge un gradiente de desplazamiento en forma de arco.
           • todo el conjunto de fallas se está deformando como si fuera una sola falla y que el desplazamiento general se divide suavemente entre múltiples estructuras
     • Segmentación de fallas frontales de rango
       • Algunas cadenas montañosas grandes, están limitadas por un sistema de fallas de frente de cordillera que tiene cientos de kilómetros de largo.
         • La falla del límite del rango nunca se rompe en toda su longitud en un solo evento sísmico. En cambio, segmentos más pequeños se rompen en terremotos individuales y se requieren múltiples eventos sísmicos para desplazar todo el frente del rango
           • algunos límites de segmento se definen simplemente por la ausencia de una ruptura entre dos fallas activas en el frente de distribución
             • Si las posiciones de las terminaciones persisten a través del tiempo y si segmentos enteros típicamente se rompen en un solo evento sísmico, cada segmento podría estar tipificado por terremotos característicos
   • Expresión geomórfica de fallas
     • Fallos de deslizamiento
       • Las fallas de choque-deslizamiento se desarrollan donde el esfuerzo máximo de compresión (s1) es horizontal y hay un esfuerzo de tracción desviador orientado horizontalmente
         • esta orientación de tensión prevalece cuando dos bloques de la corteza se mueven esencialmente de forma horizontal y aproximadamente paralelos al límite entre ellos, pero en direcciones opuestas. Por lo tanto, se crea un par de corte a través de esta zona límite.
           • La expresión geomorfológica de las fallas de deslizamiento de impacto puede verse a la escala de eventos sísmicos individuales o como resultado de la acumulación de deformaciones a largo plazo.
     • Fallos normales
       • Las fallas normales se forman en entornos donde el esfuerzo de compresión máximo (s1) es vertical y está presente un esfuerzo de tracción desviador en una orientación horizontal
         • Normalmente, las fallas normales cortan la superficie en ángulos elevados (∼50–70 °).
           • Aunque alguna vez se pensó que los bloques trapezoidales caídos hacia abajo (grabens) y los horsts elevados tipificaban regiones de fallas normales, las fallas normales no apareadas que crean medios grabens o depresiones de ángulos de falla ocurren con mayor frecuencia
             • Pueden desarrollarse fallas secundarias sintéticas o antitéticas dentro del bloque de pared colgante.
     • Fallas de Empuje
       • Las fallas de empuje se desarrollan donde el esfuerzo máximo de compresión (s1) es horizontal y existe un esfuerzo de tracción desviador orientado verticalmente
         • los empujes deberían cortar una superficie de tierra horizontal en ángulos de aproximadamente 30 °, pero, de hecho, los empujes y las fallas inversas pueden cortar la superficie en cualquier ángulo y ocasionalmente pueden volcarse en la superficie.
           • las huellas de los empujes se ven más fuertemente afectadas por la topografía, de modo que tienden a ser más sinuosas que las fallas normales, lo que dificulta la medición de las compensaciones
     • Fallas por deslizamiento por flexión y momento flector
       • las geometrías de fallas suelen ser mucho más variadas de lo que cabría esperar con modelos simples relacionados con los campos de tensión regionales
         • La orientación de las debilidades dentro de las rocas que están sujetas a tensiones puede ejercer un fuerte control sobre cómo se deforman.
           • Cuando los estratos se pliegan, se crean tensiones locales porque el lado convexo de un lecho plegado se alarga, mientras que su lado cóncavo se acorta.
             • El plegado puede considerarse análogo a doblar una placa elástica alrededor de un eje de plegado, de manera que se apliquen momentos iguales y opuestos en los extremos de la placa.
               • Las fallas que resultan de los esfuerzos de tracción a lo largo de las regiones convexas de la placa plegada o de los esfuerzos de compresión en las regiones cóncavas se denominan fallas por momento flector
   • La presencia de tensiones desviadoras puede hacer que una roca sufra deformaciones: cualquier deformación que implique un cambio de tamaño (dilatación), forma (distorsión) y / u orientación (rotación).

3. Pliegues

   • Relaciones de pliegues con fallas.
     • Muchas fallas no rompen la superficie de la Tierra. las fallas se nuclean dentro de la corteza frágil y, a medida que acumulan desplazamiento, se propagan hacia la superficie. hasta que rompan la superficie de la Tierra, se denominan fallas ciegas
       • la deformación altamente localizada que ocurre a lo largo de un plano de falla en profundidad se acomoda plegando dentro de los estratos que cubren la punta de la falla.
         • los patrones de plegamiento pueden estar íntimamente vinculados a la geometría de la falla subyacente.
           • La geometría de las fallas en sí está comúnmente influenciada por las propiedades mecánicas de las rocas a través de las cuales se rompen.
   • Modelos de plegado
     • En el modelo de pliegue de falla-doblez, las superficies axiales se definen por dobleces en los estratos deformados de la pared colgante. Entre dos superficies axiales adyacentes cualesquiera, los lechos permanecen paralelos que eran paralelos entre sí antes del plegado, y estos lechos paralelos definen un dominio de inmersión.
       • En un pliegue de propagación de fallas, un empuje ciego crea una nueva rampa al propagarse progresivamente hacia la superficie
         • Se forma un pliegue de desprendimiento por pandeo sobre una falla que es subparalela o paralela a la estratificación original ). No se necesita ninguna rampa para crear tales pliegues: crecen simplemente porque el desplazamiento desaparece hacia una punta de falla.
           • Un pliegue de tres cizallas se desarrolla cuando una sola falla a cierta profundidad se expande hacia afuera para formar una zona triangular de cizalla distribuida Esta zona triangular es simétrica con respecto al buzamiento de la falla
   • Crecimiento de pliegues laterales de pliegues como características tridimensionales
     • Debido a que las fallas crecen extendiéndose lateralmente, así como hacia adelante, el crecimiento de fallas en el subsuelo provocará la propagación lateral de las puntas de los pliegues en la superficie
       • Considere el caso de una sola falla de empuje ciego. El plegado en la superficie disminuirá por encima de cualquier extremo de la ruptura enterrada
         • La geomorfología proporciona una clave para esta comprensión , la mayoría de los pliegues tienen un miembro anterior más pronunciado que un miembro posterior
           • Incluso cuando las superficies levantadas han sido disecadas por la erosión, los contrastes en la inclinación de las ramas de los pliegues son comúnmente discernibles en la topografía moderna e indican la "dirección de enfrentamiento" u orientación del empuje ciego subyacente.