Apuntes geologia estructutal

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FOLIACIONES

En las rocas sólidas existen varios tipos de planos. Planos de origen sedimentario, magmático (enfriamiento) o planos de origen tectónico. Este último tipo de plano se puede definir como testigo de las fuerzas tectónicas. Es decir, que antes de la litificación se forman las foliaciones primarias. Las fuerzas tectónicas afectan las rocas después de la litificación. Además, en varios sectores del mundo se encuentran más de una fase tectónica. Significa que los planos secundarios (Diaclasas, Fallas, esquistosidad) tienen su origen después de la litificación, pero puede ser que eso ocurrió en distintas épocas.

TIPOS DE FOLIACIONES:

Foliaciones primarias: se han formado antes de la litificación de las rocas: Estratificación, flujo laminar de magma.

Foliaciones secundarias: producido después de la litificación de las rocas: por ejemplo diaclasas, fallas, esquistosidad

Otras foliaciones de origen no-tectónico:

Grietas de enfriamiento, Estructuras sedimentarias como grietas de de- o resecación (foto). Para estudios en la geología estructural es muy importante diferenciar entre foliaciones primarias y estructuras generadas por fuerzas tectónicas (foliaciones secundarias).

ESTRATIFICACION: Capas de diferentes materiales hechas por procesos de deposición. Generalmente los estratos inferiores muestran una edad mayor como los estratos superiores.

FOLIACIONES SECUNDARIAS:

Diaclasas (juntas; inglés: joints):

Fracturas sin desplazamiento transversal detectable, solo con poco movimiento extensional. Son las fracturas más frecuentes en todos los tipos de rocas. En la superficie son más frecuentes como en altas profundidades. Tienen una extensión de milímetros, centímetros hasta pocos metros. Normalmente existen en una masa rocosa grupos de diaclasas y/o sistemas de diaclasas. Los grupos de diaclasas son estructuras paralelas o subparalelas. Los sistemas de diaclasas se cortan entre sí en ángulos definidos y tienen una cierta simetría. Si una diaclasa muestra un relleno (por ejemplo mineralizaciones secundarios o cristalizaciones de calcita, cuarzo, yeso entre otros minerales) se llama veta o vetilla.

Aparte de diaclasas tectónicas existen diaclasas de origen no-tectónico:

a) Fisuras de enfriamiento: Tienen su origen durante el enfriamiento de una roca magmática (Materiales o rocas calientes que ocupan más espacio con la misma cantidad de materia fría).

b) Grietas de desecación: Durante la desecación de un barro o lodo bajo condiciones atmosféricas hay una disminución del espacio ocupado y la superficie se rompe en polígonos.

c) Fisuras de tensión gravitacional: Sobre estratos inclinados se puede observar bajo algunas condiciones un deslizamiento de las masas rocosas hacia abajo. Al comienzo de este fenómeno se abren grietas paralelas al talud.

2. Fallas:

Son la rotura en las rocas a lo largo de la cual ha tenido lugar movimiento o desplazamiento. Este movimiento produce un plano de falla o una zona de falla. Las zonas de fallas tienen un ancho que va desde milímetros hasta cientos de metros. Los movimientos o desplazamientos (salto total) pueden ser pequeño (milímetros) hasta muy grandes (cientos de kilómetros). Algunas fallas muestran un relleno de calcita, yeso o sílice.

El movimiento en las fallas produce algunas estructuras o rocas especiales: Estrías, arrastres, brecha de falla, milonitas y diaclasas plumosas. Estas estructuras se pueden usar como indicadores directos de fallas.

Estrias: Líneas finas en la superficie del plano de movimiento. Algunas veces se puede detectar el sentido del movimiento. Líneas finas arriba de un plano de falla. Estas líneas indican además la orientación del desplazamiento y posiblemente el sentido. Se encuentra en casi todos los lugares y el reconocimiento es fácil. Problemas: Estrías solo marcan el último movimiento cual posiblemente no coincide con el movimiento general. Para sentir con el dedo el sentido del movimiento cuesta y se puede equivocarse.

Diaclasas plumosas de cizallamiento: Durante un movimiento tectónico se puede abrirse pequeñas fracturas, cuales se rellenan con calcita, yeso o cuarzo. La forma es siempre como un "S" y en dimensiones entre milímetros hasta metros. Problemas: No tan frecuente en la naturaleza. Marcan la componente expansiva de un movimiento tectónico.

Arrastres: Cerca de una falla las rocas pueden deformarse plásticamente. Se puede observar un leve monoclinal hacia el plano de la falla. Las dimensiones: entre centímetros y metros. Normalmente fallas grandes muestran este fenómeno.

Problemas: Equivocación con estructuras sedimentarias posible como derrumbes, por ejemplo.

Rocas cataclásticas (Brecha de falla): Por la energía del movimiento algunas veces las rocas en la zona de falla se rompen y se quiebran, para formar una brecha tectónica o brecha de falla. Brechas de fallas normalmente muestran una dureza menor como las rocas no afectadas. Por eso morfológicamente una brecha de falla se ve como depresión. Si el material es fino, muy fino se habla de "harina de falla" (Relleno de una zona de falla con clastos angulosos a causa de fuerzas destructivas durante el movimiento.)

Problemas: Se puede confundir brechas de falla con otros tipos de brechas (brecha volcánica, brecha sedimentaria).

Milonita: Si las fuerzas del movimiento son muy altas las rocas en la zona de falla se deforman plásticamente o tal vez entran en una fusión parcial para formar una nueva roca sólida (metamórfica) llamada milonita. La milonita es una roca metamórfica que se formó por las fuerzas tectónicas. Los minerales (cuarzo) se ve alargados o deformados hacia la dirección principal del movimiento. Milonitas son generalmente dura y bien resistente contra la meteorización.

Problemas: Macroscópicamente es bastante difícil reconocer una milonita, solo con sección transparente se llega a resultados confiables.

DIFERENCIACION DIACLASAS Y FALLAS:

Diaclasa Falla

D Sin desplazamiento detectable Con desplazamiento

I No hay Estrías

R No hay Con diaclasas plumosas de cizallamiento

E No hay Brecha de falla / Milonita / cataclasita

C No hay Arrastres

T

O

S

I Tal vez con relleno Tal vez con relleno

N Más frecuente Menos frecuente

D Más pequeño Más extenso

I Se pierde, no tiene continuación a la roca Tal vez tiene continuación

R Superficie medio irregular Superficie más lisa

E - Zona de falla es blanda

C - Diferencia de la vegetación

T - Junto con la dirección de una quebrada o un valle

O - Produce líneas de afluentes

S

3. Esquistosidad:

En condiciones extremas, por ejemplo durante el metamorfismo las rocas se rompen en tablas. Este fracturamiento se repite en una frecuencia entre 0,5 hasta 3 centímetros. Las rocas se llama esquistos pizarras o filitas. Durante este proceso generalmente ocurre una orientación de varios minerales, especialmente de las micas.

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FALLAS TECTONICAS

Fallas son roturas en las rocas a lo largo de la cual ha tenido lugar movimiento. Este movimiento se llama desplazamiento. Origen de estos movimientos son fuerzas tectónicas en la corteza terrestre, cuales provocan roturas en la litosfera. Las fuerzas tectónicas tienen su origen principalmente en el movimiento de los continentes.

1. Indicadores directos de fallas:

Generalmente se puede diferenciar entre indicadores directos o indirectos de fallas. Los indicadores directos manifiestan una falla cien por cientos, es decir sin dudas algunas. Estos tipos de indicadores se puede observar directamente en terreno analizando la foliación en cuestión. Los indicadores indirectos definen una falla con una cierta cantidad de incertidumbres y dudas.

Desplazamiento: El desplazamiento de una unidad geológica o una otra estructura geológica indica la actividad tectónica. Desplazamientos tectónicos en el terreno marcan siempre una falla. Problemas: Se confunde con la estratificación normal, si las capas tienen una inclinación o se equivoca con accidentes morfológicos.

Estrias

Diaclasas

Arrastres

Frechas de falla

Milonitas

Clasificación de rocas de origen tectónico:

En un primer acercamiento existen las brechas de fallas y las milonitas. Donde las brechas de falla no muestran una diagénesis, están sueltas, tienen clastos angulosos y una matriz de material fino. Milonitas son endurecidas, generalmente muy duro y resistente, de acuerdo que el mineral de masa fundamental "el pegamento" es cuarzo.

Pero en la nomenclatura internacional se diferencia una mayor cantidad de diferentes rocas formadas por fuerzas tectónicas: Como roca "suelta" se puede diferenciar entre Brecha de falla (con una cantidad de clastos superior de 30%; y Harina de falla, donde la cantidad de clastos visibles no alcanza 30%.

En el grupo de las rocas endurecidas se encuentran la Crush Breccia y la Milonita.

La "Crush Breccia" es igualmente como la milonita fuertemente endurecida pero no es foliada. Este tipo de roca no es tan común en zona de fallas (pero existe) como una foliación es una consecuencia de la deformación tectónica.

La milonita es una roca metamórfica, endurecida y muestra componentes deformados - alargados, principalmente cuarzo. Lo característico es una foliación, un bandeamiento gris (orientación secundaria de minerales máficos), y como ya mencionado la predominancia de cuarzo. De acuerdo de su presencia de matriz versus componentes se habla de Proto-, Orto- y Ultramilonitas.

La palabra "cataclastica" correctamente se usa para el grupo de milonitas, aunque muchos profesionales usan para todo el grupo es decir milonitas y brechas de fallas.

Otras estructuras:

Se puede nombrar más estructuras que definen una falla en forma definitiva o directa, pero en una o otra forma pertenezcan a un grupo arriba mencionado:

a) Marcas de arrastre tectónico o "groove marcs": La palabra groove marc se conoce más en la sedimentología por clastos o fósiles arrastrados al sedimento. Igualmente se usa de repente en la geología estructural para el fenómeno de marcas de un movimiento en fallas tectónicas - al fondo pertenece al grupo de las estrías.

b) Bookshelf structure: Un conjunto de trozos de un mineral fracturado en forma de libros inclinados encima de un

estante. Es algo parecido o un proceso similar de las diaclasas plumosas de cizallamiento.

c) Peces de mica: Minerales deformados en una forma parecida a un pez, muestran el desplazamiento, la cizalla.

Son generalmente asociados a milonitas.

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LAB 1: LA BRUJULA Y NOTACIONES

PLANOS Y ELEMENTOS DE FORMACION:

Para que se necesita un levantamiento tectónico?

a) Definir las fuerzas que estaban presente en las rocas, definir la simetría de las foliaciones

b) Caracterización de las fuerzas

c) Cronología de los fases tectónicos

Donde se usa la información de la tectónica:

a) Génesis de los yacimientos: Muchos depósitos tienen un origen tectónico - o por lo menos el ambiente tectónico juego un papel muy importante. La estructura tectónica como formador de un depósito. En los yacimientos del tipo vetiforme es muy importante, pero también los otros tipos de yacimientos la tectónica puede ser un factor de alta importancia durante la formación.

b) Deformación tectónica de los depósitos después de la génesis: Definición de desplazamientos - en que manera y magnitud afectó una fase tectónica el yacimiento ya formado.

c) Geotécnica: Las estructuras tectónicas también tienen su "cara negra". Derrumbes, caída de bloques, planchones, zonas de poca estabilidad, cuñas etc. tienen un origen sumamente tectónico.

véase una ilustración histórica de derrumbe: Derrumbe de una mina (Simonin, 1869)

Trabajos que se realizan:

a) Levantamiento de las foliaciones (planos geológicos)

b) Análisis de la deformación tectónica de las rocas presentes

c) Reconocimiento de las estructuras tectónicas en un sector (fallas, diaclasas)

d) Interpretación de las estructuras - desarrollo de un modelo tectónico.

Concepto de Rumbo-Manteo-Dirección de inclinación: Actitud del plano

Para describir la orientación de un plano geológico matemáticamente se necesitan dos (o tres) propiedades:

a) Dirección de inclinación

b) Rumbo

c) Manteo (o buzamiento)

La orientación del plano en un espacio tres-dimensional también se llama: "Actitud del plano".

Para definir la orientación de un plano se necesita la dirección de inclinación y el manteo; o el rumbo, manteo y la dirección de inclinación. La dirección de inclinación (ingl. Dip Direction) marca hacia donde se inclina el plano, o la proyección horizontal de la línea del máximo pendiente. El rumbo es la línea horizontal de un plano. El manteo o buzamiento (ingl. dip) mide el ángulo entre el plano y el plano horizontal.

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LAS BRUJULAS

Para tomar los datos tectónicos de planos geológicos en terreno se usan la brújula. Existen dos tipos de brújulas para tomar las medidas: La brújula del tipo Brunton (generalmente para mediciones con el rumbo) y la brújula tipo Freiberger (generalmente para mediciones con la dirección de inclinación). La brújula "Geo-Brunton" es una combinación de las dos tipos anteriormente mencionado.

La brújula en general:

Una brújula mide la dirección del campo magnético terrestre. La aguja se orienta de acuerdo de la orientación del campo magnético del sector donde se ubica. Eso significa en términos teoréticos que el aparato "brújula" se compone de dos sistemas principales independientes: Una agua y el "cuerpo" - la cáscara con la escala etc. Interesante es que (sí pensamos bien) la aguja es la parte fija en una brújula. La aguja siempre marca Norte-Sur (sin contar movimientos de arreglo). la parte móvil "suelta" en una brújula es el cuerpo, la cáscara.

La escala de las brújulas normalmente es azimutal - es decir entre 0º hasta 360º o entre 0g hasta 400g. La escala azimutal tiene que ser orientada en el sentido contrarreloj - eso implique que este (E) y oeste (W) se ve cambiado. La escala del sentido contrarreloj permite una lectura directa, azimutal. Es decir el valor donde apunta la aguja es el valor final.

Foto:

A= Escala azimutal contrarreloj

B= Aguja C= Clinómetro

D= Botón para liberar o cerrar la aguja

E= Nivel esférico

La aguja de la brújula necesita generalmente un contrapeso: El campo magnético tiene una componente vertical de acuerdo a la distancia hacia los polos. Entonces en latitudes entre 15º hasta 90º del hemisferio norte y sur la aguja muestra una fuerte inclinación hacia arriba y choca con el vidrio de protección de la brújula. Para que la aguja se ubica horizontal se usa un contrapeso. Durante viajes del hemisferio norte a sur y viceversa hay que cambiar el peso de un lado al otro.

En algunas partes del mundo hay que aplicar una permanente corrección azimutal a causa de la distancia entre polo magnético y polo geográfico. (los polos magnéticos se ubican bastante lejos del eje rotacional de la tierra). Este corrección se puede hacer directamente en la brújula - girando la rosa (escala azimutal) de acuerdo del error (recomendado). El valor normalmente sale en las cartas topográficas correspondientes. Pero también se puede corregir los valores después - en el programa computacional.

Las brújulas profesionales generalmente tienen un botón para liberar o fijar la aguja. Una aguja fijada es un poco más protegido y no se suelta de su eje durante fuertes movimientos. (En la foto "D")

Existen una serie de niveles: Nivel esférico para orientar la brújula perfectamente horizontal y niveles tubulares que se usan en conjunto del clinómetro (véase abajo). Véase en la foto arriba "E".

Adicionalmente las brújulas para usos geológicos o geotécnicos tienen un sistema para medir ángulos verticales (buzamiento, manteo): El más conocido es el clinómetro (en la foto "C"). Pero también existe un sistema con una escala lateral en interacción de la tapa de la brújula.

Actualmente se puede elegir entre dos tipos principales de brújulas:

a) Tipo Brunton

b) Tipo Freiberger

La empresa Brunton ofrece además una brújula que es el conjunto de ambos métodos el Geo Brunton

Brújula del tipo Brunton:

La brújula "Brunton" se usa generalmente para mediciones del rumbo y manteo. Es decir mediciones del tipo "medio circulo" y del tipo americano. También mediciones del concepto "circulo completo" son posible. La brújula "Brunton" existe en la versión azimutal (de 0 hasta 360º) y en la versión de cuadrantes (cada cuadrante tiene un rango entre 0-90º) el "rumbero". La brújula Brunton tiene un clinómetro, un botón para fijar/liberar la aguja. La escala es azimutal / contrarreloj. Adentro de la escala un poco escondido se nota la escala del clinómetro y las niveles.

Brújula del tipo Freiberger: Para mediciones de circulo completo (dirección de inclinación/ manteo). Con la brújula Freiberger se puede medir en una vez la dirección de inclinación y el manteo. Pero también se puede tomar excepcionalmente datos del tipo americano (Rumbo, Manteo, dirección). Con la brújula Freiberger se mide más rápido y más fácil. Los datos del tipo circulo completo son más corto y fácil para manejar.

Escala del manteo: A= placa para medir; B = línea de lectura; C= sector rojo

La brújula "Freiberger": A = botón para liberar / fijar la aguja, B= Escala del manteo o buzamiento (rojo y negro); C= Nivel esférico; D = placa para medir.

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DATOS TECTONICOS

Notaciones tectónicas permiten definir en forma numérica una orientación de un elemento tectónico en el espacio tres-dimensional. Notaciones tienen que ser reversible, es decir del valor se permite la reconstrucción la orientación del plano.

Existen lamentablemente varias maneras para definir un plano geológico. En la misma manera no hay un concepto único en las notaciones. Importante es el uso correcto de un tipo de notaciones, sin mezclar con los demás. Se prefiere notaciones simples para no complicar el traspaso a la computadora.

Existen tres tipos de notaciones de datos tectónicos:

Circulo completo: dirección de inclinación/manteo (ejemplo 320/65): El tipo de notación mas fácil y más eficiente. Solo dos números permiten la descripción y definición de cualquier plano. El primer número (ejemplo: 320/...) es la dirección de inclinación (dip direction), el valor azimutal en grados (º) hacia donde el plano se inclina. Un plano con inclinación hacia al norte entonces tiene 0º hacia al este corresponde a 90º; hacia al sur 180º; hacia oeste= 270º. Entonces el primer número (la dirección de inclinación) puede llegar hasta 360º.

El manteo siempre es el ángulo pequeño entre la horizontal y el plano geológico. Nunca puede ser superior de 90º.

Este tipo de notación es fácil y rápido por tener solo dos números. Es muy recomendable usar este tipo de notación. No hay tantos errores a gracias de una definición fácil y única.

Cuidado: Algunos usan manteo - Dirección de Inclinación: (Ejemplo: 65 - 320)

Medio circulo: Rumbo/manteo dir. (ej. 50/65NW): Este tipo de medición hoy casi no se usa, pero existe todavía: El primer número (ejemplo 50) es el rumbo en una forma azimutal, podría ser un número entre 0º hasta 180º. Siempre hay un rumbo en este segmento. El segundo número es el manteo. Las letras al fin definen la dirección de inclinación. Eso es necesario porque el rumbo es bidireccional y siempre resultan dos posibilidades hacia donde se inclina el plano.

Este sistema de notación era bastante fácil y seguro. Especialmente con la brújula Brunton. También con la brújula Freiberger funcionó bastante bien. Lamentablemente en los últimos años se quedó un poco en el olvidado.

Tipo americano: N rumbo E/W; manteo dir. (ej. N50E;65NW): El tipo de notación más usado en Chile es el tipo americano. N significa el inicio (punto cero) del dato (para planos geológicos siempre se puede usar N; para lineaciones también se necesita "S"). El primer número (ejemplo: 50) significa el rumbo a partir del N. Hay dos posibilidades hacia E como este o hacia W como oeste. El rumbo en este tipo de notación nunca es mayor de 90º. Entonces en el ejemplo tenemos 50º hacia el este. Después del ";" viene el manteo como se conoce, y como último la dirección de inclinación en letras. El problema de este notación es la gran cantidad de letras y números para definir el plano. Además en el cuadrante N....W se cuenta contra-reloj, en el cuadrante N...E en el sentido del reloj, eso también complica un poco este norma. El uso de este tipo de notación siempre necesita atención y sería mejor verificar los datos tomados o traspasados (especialmente en las horas de la tarde...).

Los tres tipos de notaciones tectónicos definen matemáticamente la orientación un plano geológico. Para definir un plano se usan una línea fija, que marca la orientación en el plano: La primera posibilidad es el rumbo, la otra es la dirección de inclinación.

El Rumbo es la línea horizontal de un plano y marca hacía dos direcciones opuestos. Planos horizontales entonces no tienen un rumbo (o mejor una cantidad infinita de rumbos).

(Definición original: El rumbo es la línea o lineación que resulta por la intersección del plano de interés con un plano horizontal o vertical)

Otras notaciones:

Right Hand rule: Regla de la mano derecha:

Se usa dos valores: Rumbo/manteo

El rumbo puede ser entre 0° a 360° (es como un "rumbero azimutal")

Automáticamente la dirección tiene +90; es decir sí el rumbo será 40° (azimutal) la dirección de inclinación marca a 130°. Con este "truco" se elimina las letras detrás del manteo. Como siempre vale aquí: Valor[Dirección.Inc.] - 90° = valor[Rumbo]

La regla de la mano derecha correctamente indica: El pulgar marca al rumbo, la mano (los otros dedos) marcan a la dirección de inclinación. Como de naturaleza de la mano humana derecha el pulgar se ubica a la izquierda de los otros dedos, esta regla simplemente indicar sí hay que sumar 90° al rumbo para obtener la dirección de inclinación.

Ejemplo right hand rule: 212 / 54 (Rumbo hasta 212° / manteo 54°; significa la dirección de inclinación será: 302°.

No se recomienda este tipo de notación por:

a) Existe una right hand rule americana (arriba mencionada) y una británica (que es viceversa)

b) Existe también "left hand rule"

c) Personas tienden equivocarse de repente con izquierda y derecha especialmente en situaciones de cansancio como en terreno puede ocurrir.

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DERIVA CONTINENTAL

Desde 1912 existe la teoría de deriva continental (ALFRED WEGENER), pero no fue aceptada en aquella época. En los años ´60 nuevas investigaciones del fondo del mar y de regiones montañosas como los Andes permitieron la postulación de una nueva teoría global geotectónica. Con la teoría nueva de la tectónica de placas desaparecieron las teorías antiguas como de los geosinclinales o la expansión o contracción de la tierra.

La teoría de deriva continental contiene varios puntos nuevos o contrarios a las teorías antiguas:

1. Los continentes no son estables, se mueven horizontalmente.

2. Existen dos tipos de corteza: corteza continental y corteza oceanica.: La invariabilidad de los tipos de corteza.

3. La fuerza para mover los continentes viene de flujos de convección y de la rotación de la tierra.

4. En los lomos (cordilleras) centrales oceánicas se forma corteza oceánica nueva.

5. En algunos partes del mundo las placas se choquen y ese puede producir la formación de montañas.

6. La placa oceánica como corteza de mayor densidad algunas veces se hunde abajo de la placa continental (= subducción).

7. Algunas veces un continente se separa, para formar dos continentes (ejemplo: África y América del sur)

8. La configuración de los continentes estaba en los tiempos pasados totalmente diferente: como un continente grande de Antártica-América de sur-Australia- África-India ( = GONDWANA).

9. Las rocas del fondo marino son relativamente jóvenes (no más como jurásico). Las rocas más antiguas se encuentran en los continentes.