Analogue Modelling of Upper Crustal Strike-Slip Fault Propagation Across Morphological and/or Rheological Obstacles

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gomes, Afonso Duarte Silva
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/37800
Resumo: Tese de mestrado, Geologia (Geologia Estrutural), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019
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spelling Analogue Modelling of Upper Crustal Strike-Slip Fault Propagation Across Morphological and/or Rheological ObstaclesModelação análogaZona de cisalhamento frágilTectónica transcorrenteAnomalia reológica supra-crustalPadrão morfo-estruturalTeses de mestrado - 2019Departamento de GeologiaTese de mestrado, Geologia (Geologia Estrutural), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019O manuscrito agora submetido é constituído por duas partes. Uma primeira onde se procura contextualizar sucintamente a metodologia laboratorial de modelação análoga, tanto numa perspectiva histórica, como tendo em vista a sua relevância e utilidade em geologia estrutural. Uma segunda, mais extensa, consistindo no essencial do presente trabalho (entretanto submetido à revista Journal of Structural Geology), que incide na aplicação dessa mesma metodologia a um problema específico, conceptual, de geologia estrutural. O projecto experimental agora apresentado pretendeu estudar, com recurso a modelação análoga, o efeito da presença de heterogeneidades morfológicas e/ou reológicas na formação e modificação do padrão estrutural típico de uma zona de cisalhamento frágil supra-crustal. A heterogeneidade (anomalia) reológica considerada consiste num corpo com um comportamento mecânico (reológico) viscoso, de geometria oblata, disposto sub-horizontalmente (“inter-estratificado” nas rochas da crosta), e.g. correspondendo a um diapiro salino ou uma a uma câmara magmática (pré-tectónica) em arrefecimento. A heterogeneidade morfológica, por sua vez, corresponde a um relevo topográfico alongado (e.g. a uma crista ou cordilheira). O aparato experimental utilizado representa uma variação de uma experiência clássica de Riedel (e.g. Naylor, et al., 1986), consistindo numa caixa de deformação com duas placas basais, horizontalmente justapostas e deslizando lateralmente uma em relação à outra (materializando uma falha vertical de desligamento direito). No decurso da experiência, o movimento ao longo desta falha basal é transmitido a uma cobertura de areia sobrejacente, que acomoda a deformação implicada de um modo frágil. Esta configuração experimental pretende simular genericamente a reactivação de uma falha de desligamento num soco subjacente a uma cobertura sedimentar. Areia quártzica é utilizada como análogo mecânico da crosta superior, e silicone transparente (PDMS) é empregue para representar a anomalia viscosa supra-crustal. São investigadas experimentalmente as seguintes variáveis: a) presença/ausência de uma anomalia viscosa; b) presença/ausência de uma crista topográfica; c) diferente ângulo de interferência da crista topográfica com a direção da falha basal (90º ou 120º no sentido retrógrado). Em concordância, levaram-se a cabo três conjuntos de experiências nos quais se conjugam diferentes combinações destas variáveis: um primeiro no qual se considera somente a anomalia reológica (viscosa); um segundo, no qual a anomalia viscosa está ausente e a direcção da falha basal (DFB) intersecta uma crista topográfica segundo um ângulo de 90º ou 120º; e um terceiro, no qual se consideram, simultaneamente, a anomalia viscosa (interestratificada), e a crista topográfica (com as mesmas orientações anteriormente consideradas). Adicionalmente, foram ainda realizadas uma experiência na qual a anomalia reológica não foi coberta de areia (i.e., aflora ao nível da superfície da cobertura) e uma experiência de controlo, em relação à qual se se comparam os resultados obtidos, consistindo simplesmente numa experiência clássica de Reidel. Os resultados da experiência de controlo são compatíveis com aqueles obtidos noutras experiências do tipo Riedel (Naylor, et al., 1986; Dooley and Schreurs, 2012) e demonstram o mesmo desenvolvimento típico de estruturas, começando com o propagação de falhas sintéticas en-échelon (normalmente designadas de Riedel shears ou R-shears), com ângulos de ~17º-20º (sentido horário) em relação à DFB. Os R-shears tornam-se progressivamente inactivos, dando lugar ao desenvolvimento, a partir das suas extremidades (ou entre R-shears sobrepostos) de falhas sintéticas de baixo ângulo (<17º) (designadas de low-angle synthetic shears ou LAS shears), eventualmente estas últimas estruturas coalescem para formar uma zona de cisalhamento principal que afecta a totalidade do modelo (designada Y-shear) e que acomoda toda a movimentação, rejeitando as estruturas previamente desenvolvidas. A geometria helicoidal enraizada na descontinuidade basal, característica dos R-shears, é observada em corte, dando origem a um padrão estrutural de falhas “em flor” (flower structures). Os resultados do primeiro conjunto de experiências mostram uma interrupção da continuidade da zona de deformação frágil à superfície, revelando uma segmentação do correspondente padrão estrutural na área sobreposta à anomalia viscosa. Esta interrupção é marcada, a topo da anomalia, pela inibição da formação de R-shears e por um atraso significativo na propagação de LAS shears. Nesta mesma área, este tipo de estruturas acaba por formar-se de um modo mais disperso ou deslocalizado, evidenciando um padrão caracterizado por um maior número de falhas que acomodam individualmente menos movimentação, em claro contraste com o carácter mais localizado, ou discreto, do resto da zona de cisalhamento. Em corte observa-se que estes LAS shears enraízam no topo da anomalia viscosa. No caso do segundo conjunto de experiências, independentemente do ângulo (de 90º ou 120º) considerado para a interferência entre a crista e a DFB, observa-se sempre a formação de uma falha que corta este alto morfológico e que é mais longa, e acomoda mais movimentação, do que as restantes (que materializam a zona de cisalhamento frágil fora deste relevo). Nestas experiências, não é visível nenhum atraso na propagação de Riedel ou LAS shears através do alto morfológico. No terceiro conjunto, em ambas as experiências (interferência a 90º ou 120º), é visível uma obstrução à propagação de R-shears através da barreira morfo-reológica prescrita (compreendendo à anomalia viscosa e alto morfológico), bem como um atraso na propagação de LAS e Y-shears. Observa-se também a formação, em ambos os casos, de falhas normais em quadrantes opostos da anomalia viscosa, compatíveis com a direcção de tensão principal mínima (σ3) implicada no regime geral de cisalhamento simples. Estas falhas delimitam estruturas extensivas (pull-apart), que se verificam ser de maiores dimensões na experiência cujo ângulo entre a crista e a DFB é de 120º. Nesta experiência (120º), também se desenvolvem cavalgamentos, que afloram à superfície do modelo preferencialmente ao longo da base dos degraus morfológicos que delimitam a crista (nos quadrantes opostos, i.e., aproximadamente a 90º, das estruturas de pull-apart). Estes cavalgamentos estão ausentes, ou são incipientes, nas experiências em que se considerou a crista a 90º da DFB. Os cortes obtidos a partir dos modelos no estado final da deformação mostram que tanto as estruturas extensivas como as compressivas enraízam em profundidade na interface dúctil-frágil materializada pelo contacto vertical entre o silicone e a areia. Na experiência adicional também se observa o desenvolvimento em quadrantes opostos de estruturas extensivas e compressivas, associadas a diferentes orientações das interfaces de contacto entre a areia e o corpo viscoso. Este sofre deformação adoptando progressivamente uma geometria sigmoidal, com encurtamento acomodado à superfície pelo desenvolvimento de dobras de charneiras alinhadas, e estiradas, aproximadamente segundo a direcção do o eixo maior da elipse de deformação finita. Esta geometria sigmóidal do corpo viscoso é também inferida por via da reconstituição dos cortes seriados obtidos no final das experiências do primeiro e terceiro conjuntos de experiências. Em todas as experiências destes três conjuntos, os padrões estruturais, desenvolvidos nos domínios do modelo afastados das heterogenias morfológicas e/reológicas (i.e., fora da sua influência), são semelhantes àquele obtido na experiência de controlo. Destes resultados experimentais infere-se que a presença de um corpo viscoso intercalado numa cobertura frágil (supra-crustal) sobreposta a uma falha de desligamento basal, afetando um soco rígido subjacente, exerce um efeito de atenuação e deslocalização na propagação vertical da deformação implicada no movimento da falha. Isto é revelado nas experiências levadas a cabo pela ausência de R-shears a topo das anomalias viscosas, e pelo atraso no desenvolvimento à superfície de um padrão deslocalizado de LAS shears. O contraste reológico (entre o corpo viscoso e a areia), que controla o diferente modo de acomodação da deformação através da espessura da cobertura, produz também um efeito semelhante na horizontal, ditado pelo contacto lateral entre a anomalia viscosa e o meio frágilenvolvente condicionando, neste caso, a distribuição de estruturas extensivas e compressivas em torno de quadrantes opostos da referida anomalia. Na ausência de um corpo viscoso, o desenvolvimento preferencial de praticamente uma única estrutura principal (mais longa) a atravessar o alto morfológico é interpretado como o resultado da maior espessura da cobertura na zona topograficamente elevada, e é compatível com relações empíricas de proporcionalidade entre espessura da cobertura e comprimento das estruturas, anteriormente reportadas (e.g. Naylor, et al., 1986). Do conjunto de experiências em que se consideraram obstáculos morfo-reológicos, apenas na experiência com a crista topográfica a 120º da DFB se observam estruturas compressivas de direcção ortogonal a σ1. Este resultado mostra que o desenvolvimento deste tipo de estruturas é não apenas controlado pela existência das interfaces de contacto lateral (contraste reológico) entre o corpo viscoso e a areia, mas também, criticamente, pela orientação dos degraus morfológicas que delimitam as cristas. Uma crista topográfica representa uma transição abrupta (interface) entre domínios adjacentes com diferentes cargas litostáticas e compactação. Na experiência com a crista a 120º, a orientação mais ortogonal desta interface em relação a σ1 (75º) é interpretada como sendo mais favorável à formação e enraizamento de cavalgamentos segundo essa direção. O facto destas estruturas enraizarem na interface areia-silicone e aflorarem alinhadas com a base da crista evidencia a acção recíproca entre os dois tipos de obstáculos. Contrariamente, na experiência com a crista a 90º, a direcção dos degraus morfológicos correspondentes é mais oblíqua em relação a σ1 (45º), não propiciando a formação destas estruturas. Os resultados experimentais obtidos são ainda preliminarmente discutidos em vista de alguns exemplos naturais genéricos, nos quais se procura reconhecer os padrões estruturais revelados pelas experiências realizadas.Rosas, Filipe Medeiros, 1970-Repositório da Universidade de LisboaGomes, Afonso Duarte Silva2021-03-22T01:30:33Z201920192019-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/37800TID:202231364enginfo: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:RCAAP2023-11-08T16:35:08Zoai:repositorio.ul.pt:10451/37800Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:51:47.139674Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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