Short and long-term folding and faulting ot the lithosphere under compression

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lourenço, Diogo José Louro
Data de Publicação: 2012
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/8466
Resumo: Tese de mestrado em Ciências Geofísicas (Geofísica Interna), apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012
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spelling Short and long-term folding and faulting ot the lithosphere under compressionDobraFalhaInstabilidades periódicasContrastes de viscosidadeAstenosferaTeses de mestrado - 2012Tese de mestrado em Ciências Geofísicas (Geofísica Interna), apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012A principal premissa da teoria de Tectónica de Placas é que as placas litosféricas se comportam de forma rígida no seu interior. No entanto, elas dobram sob o efeito de carga vertical de vulcões ou calores de gelo, por exemplo, e deformam-se devido a grandes tensões horizontais devidas à topografia. A questão que ainda persiste e que queremos investigar é como se inicia a deformação da litosfera sob compressão horizontal.“Falhamento e dobramento de curto e longo-termo da litosfera sob compressão” é um problema geofísico ainda não resolvido, apesar de vários estudos se terem debruçado sobre ele. Numa litosfera reologicamente estratificada, existe a possibilidade de se formarem as duas estruturas principais da tectónica: dobras e falhas. Urge portanto saber quais as condições físicas que promovem um ou outro modo de deformação, e a possível interacção entre os dois. Dada a grande complexidade da abordagem analítica deste problema, e as insuficiências da abordagem experimental em laboratório, optámos por utilizar a modelação numérica computacional para abordar este problema e ganhar nova compreensão do processo. As simulações numéricas foram realizadas utilizando o código MILAMIN VEP, que é um código 2D de elementos finitos baseado no solver de escoamento viscoso MILAMIN, mas que foi completado de forma a permitir reologias visco-elasto-plásticas, advecção baseada em tracers, transições de fase e acoplamento termo-mecânico. Foi utilizado um modelo de três camadas: (1) uma camada superior frágil, representando a litosfera frágil, (2) uma camada intermédia dúctil, representando a litosfera dúctil, e (3) uma camada inferior muito mais espessa que as outras duas, representando a astenosfera. Dada a complexidade da constituição reológica dos vários leitos, foram tidos em conta no estudo vários parâmetros, como por exemplo a espessura de cada camada, o comprimento do modelo, o intervalo de tempo entre cada iteração do modelo, o número de marcadores por elemento, etc. As principais variáveis a testar foram a viscosidade, o coeficiente de atrito interno e a densidade. O modelo é submetido a uma compressão com uma taxa de deformação constante nas fronteiras direita e esquerda. O trabalho está dividido em duas partes principais. Na primeira utiliza-se os primeiros incrementos das simulações numéricas para responder à pergunta dobra ou falha primeiro, dependendo dos parâmetros utilizados. Na segunda parte usa-se simulações longas para se tirar ilações sobre o estado da litosfera depois de passados alguns milhões de anos, em termos de falhas, dobras ou uma conjugação de ambas. Os resultados da primeira parte do trabalho mostram que usando viscosidades largamente aceites na comunidade científica e contrastes de viscosidade lógicos: (1) a litosfera oceânica dobra primeiro quando o contraste de viscosidade entre a litosfera dúctil e a litosfera frágil nDL/nBL = nR ≥ 10, and (2) a litosfera falha primeiro quando nR ≤ 0.01. O comprimento de onda das dobras obtidas no modelo são comparáveis ao dobramento observado no Oceano Pacífico Central. Os resultados da segunda parte do trabalho mostram, acerca dos factores que controlam o dobramento e falhamento de longo-termo, que: (1) se as viscosidades da camada frágil superior e da camada intermédia dúctil forem iguais, a litosfera deforma-se sofrendo um achatamento homogéneo; (2) para nDL/nBL = nR = 10 ou nR = 0.1, um maior contraste entre as viscosidade da camada dúctil e da astenosfera promove dobramento; (3) viscosidades similares, como por exemplo diferenças de apenas uma ordem de grandeza, entre as três camadas (astenosfera, camada dúctil e camada superior frágil) inibem a deformação por dobramento ou por falhamento e litosfera sobre praticamente apenas, ou só achatamento homogéneo; (4) contrastes de viscosidade altos entre a litosfera frágil e a litosfera dúctil promove dobramento; (5) um contraste de viscosidade de duas ordens de grandeza, com viscosidades mais altas na camada frágil relaticamente à camada dúctil (nR = 0.01), é suficiente para fazer com que a litosfera se deforme por falhamento, apesar de para um contraste alto entre as viscosidades da astenosfera e da camada dúctil, a litosfera pode deformar-se por dobramento e falhamento; (6) o falhamento é tanto mais forte quanto maior for o contraste entre as viscosidades entre as camadas frágil e a camada dúctil (nBL > nDL); (7) o falhamento é fortalecido por pequenos contrastes de viscosidade entre a viscosidade da astenosfera e da camada dúctil; (8) usando densidades típicas para um perfil de densidades oceânico ou continental não afecta a forma geral de deformação da litosfera, mas sim a sua intensidade; (9) um perfil de densidades usando um valor constante para as várias camadas promove dobramento ou falhamento porque é menos estável gravitacionalmente que um perfil de densidades típico para a litosfera oceânica ou continental; e (10) o decréscimo do valor do ângulo de atrito interno inibe a localização da deformação (falhamento).The main premise of the Plate Tectonics theory is that lithospheric plates behave rigidly in their interior. However, they bend under vertical loading by large volcanoes or ice caps, and buckle under large horizontal topographic stresses. The problem that still persists, and we investigate, is how lithospheric deformation sets off under horizontal compression: buckle first or fault first? Using widely accepted viscosity magnitudes and reasonable viscosity contrasts, 2D visco-elasto-plastic numerical modelling indicates that: (1) the oceanic lithosphere first buckles when the viscosity contrast (nR) between ductile and brittle lithospheres is ndl/nbl≥10, and (2) the lithosphere first faults when (nR ≤ 0.01). The model buckle wavelength is comparable to observations of buckling in the Central Indian Ocean. We are also interested in studying the factors that control the evolution of faulting and folding of the lithosphere under compression. We use different configurations of viscosity, density and also study the effect of the friction angle on long-term runs of 2D visco-elastoplastic numerical modelling. It indicates that: (1) if the viscosities of the top brittle layer and the intermediate ductile layer are equal, lithosphere undergoes homogeneous flattening; (2) high viscosity contrasts with higher viscosities in the ductile layer promotes buckling; (3) faulting is as stronger as higher is the contrast between viscosities of the brittle layer and the ductile layer (nBL > nDL); (4) faulting is strengthened by a small contrast between the viscosity of the asthenosphere and of the ductile layer; (5) a constant density profile promotes buckling or faulting.Marques, Fernando Manuel O. G., 1954-Repositório da Universidade de LisboaLourenço, Diogo José Louro2013-05-15T14:24:02Z20122012-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/8466enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T15:52:22Zoai:repositorio.ul.pt:10451/8466Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:33:00.453641Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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