A análise do mecanismo de formação de Fault-Bend Folds e Fault-Propagation folds por meio da modelagem física analógica.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Zanon, Marcela Lopes
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFOP
Texto Completo: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/12967
Resumo: Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
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Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.As dobras-falhas são estruturas que comumente ocorrem em cinturões compressivos e são classificadas como: fault-bend fold (dobra associada a uma falha preexistente com trajetória em degrau), fault-propagation fold (dobra formada simultaneamente a uma falha em rampa) e detachment fold (dobra gerada concomitantemente a uma falha horizontal). Por estarem associadas a reservas de óleo e gás, as dobras-falhas já foram alvos de inúmeros estudos analíticos assim como de modelagens matemáticas, ao longo das últimas décadas. Além disto, vários autores empregaram a modelagem física analógica para contribuir ao estudo destas estruturas. No entanto, poucos trabalhos tiveram como enfoque a investigação sistemática dos fatores que condicionam sua formação. Assim, a presente tese teve como objetivo investigar através de modelos físico-analógicos, em caixas de areia, de dimensões decimétricas, as diferentes condições de contorno que influenciam o desenvolvimento de fault-bend folds (FBFs) e fault-propagation folds (FPFs) de ambientes compressivos. Para o estudo das FBFs foram desenvolvidos 107 experimentos, nos quais o material analógico foi montado em camadas horizontais sobre uma falha preexistente com trajetória em degrau. Geraram-se as diferentes condições de contorno variando-se o ângulo de mergulho da rampa preexistente (20º e 30º), a espessura inicial do modelo (de 2 a 6 cm), o atrito basal do patamar inferior (com folhas de papel contact, cartolina e papel lixa, de baixo, intermediário e alto atrito basal, respectivamente) e, em especial, a reologia do material analógico. Esta foi modificada empregando-se tanto materiais homogêneos (areia e microesferas de vidro puros), quanto anisotrópicos (os mesmos produtos intercaladas por horizontes de cristais de micas). Além destes, montaram-se experimentos com um pacote homogêneo sobreposto por outro pacote anisotrópico, separados por uma camada de cristais de mica. A pesquisa das FPFs se fundamentou em 14 experimentos analógicos, dos quais 12 foram analisados através da técnica do Particle Image Velocimetry (PIV). Empregaram-se os mesmos materiais analógicos utilizados para o estudo das FBFs, que foram montados sobre uma folha de cartolina, e se variou a espessura inicial dos modelos (3 e 4 cm). Adicionalmente, introduziu-se uma camada basal de silicone, viscoso, em alguns dos experimentos. Os resultados experimentais permitiram sugerir que o desenvolvimento de ambas as dobrasfalhas depende, sobretudo, da estratigrafia mecânica envolvida. Mode I-FBFs (dobras com ângulo interflanquial maior que 90°) se formaram preferencialmente em microesferas de vidro (material de comportamento friccional elasto-plástico), independente do ângulo da rampa e do atrito basal. Nos experimentos de areia (material analógico mais rúptil), a formação de Mode I-FBFs só ocorreu com o aumento da espessura inicial (até 6 cm), que conduziu ao aumento da tensão normal e/ou da cohesion strength. Nas FPFs, a análise combinada das imagens do PIV e das fotografias dos experimentos mostrou que o desenvolvimento desta dobra-falha envolveu processos de dobramento flexural (induzido pelos horizontes de cristais de micas tanto na areia quanto nas microesferas de vidro) e de espessamento basal. A formação da rampa ocorreu de três formas: a partir da camada basal (por exemplo, dos experimentos de areia com silicone na camada basal), no interior do pacote analógico (como no caso dos modelos de areia com dois pacotes analógicos) ou, nos modelos anisotrópicos de microesferas de vidro, pela combinação destes processos (ou seja, uma rampa nucleada na base e outra no interior das camadas que coalesceram com a deformação progressiva). O presente estudo demonstrou que o importante papel desempenhado pela estratigrafia mecânica na modelagem física de FBFs e FPFs é consistente com os aspectos descritos em sistemas de dobras–falhas da natureza.Fault-related folds are structures that commonly occur in compressive systems and are classified as fault-bend fold (fold that are associated with a pre-existing ramp-flat fault), faultpropagation fold (fold that form simultaneously with a ramp fault), and detachment folds (folds that are generated with a horizontal fault). Over the past few decades, fault-related folds have been the target of numerous analytical studies as well as numerical modeling, as they are associated with oil and gas reserves. Several authors have also used analogue modeling to contribute to the study of these structures. However, few studies have carried out a systematic investigation of the parameters that control the formation of these structures. Thus, the present thesis is aimed at investigating the different boundary conditions that influence the development of fault-bend folds (FBFs) and fault-propagation folds (FPFs) in compressive systems through analogue models, in sandboxes, of decimetric dimensions. A total of 107 experiments were developed during the study of the FBFs, in which the analogue material was assembled in horizontal layers over a pre-existing ramp-flat fault. In order to simulate different boundary conditions, we varied the preexisting ramp dip angle (20° and 30°), the initial thickness (from 2 cm to 6 cm), the basal detachment along the lower fault flat (with selfadhesive sheets, sheets of card, and sandpaper in order to simulate low, intermediate, and high basal friction, respectively) and, in particular, the rheology of the analogue material. In this last case, sand and glass microbeads were performed with and without the intercalation of horizons of mica flakes. Additionally, experiments were carried out with a homogeneous package overlaid by another anisotropic material and separated by a layer of mica flakes. The study of FPF was based on 14 analog experiments, of which 12 were analyzed using the particle image velocimetry (PIV) technique. We used the same analog materials as those used in the FBF study, which were sieved onto a sheet of card. We also varied the initial thickness of the analogue-pack (3 and 4 cm). Furthermore, a basal layer of viscous silicone was introduced in some of the models. The experimental results of both types of fault-related fold suggested that the development of these structures depends, above all, on mechanical stratigraphy. Mode I-FBFs (folds with an interlimb angle higher than 90°) formed preferentially in the elasto-plastic frictional glass microbeads, and are independent of the angle of the fault ramp and the basal friction along the lower fault flat. In the brittle sand models, Mode I-FBFs were only observed to form within thick stratigraphic packages (up to 6 cm), which led to an increase in the normal stress and/or the cohesion strength. In the FPFs, the combined analysis of the PIV images and the photographs of the experiments revealed that the development of this structure involved flexural slip folding (induced by the introduction of horizons of mica flakes between the layers of sand and glass microbeads) and basal thickening processes. The ramp is initiated in three ways: from the basal layer (e.g., sand models with a basal layer of silicone), within the layers of the analogue-packs (e.g., sand models with two analogue-packs), or by a combination of these processes in anisotropic glass microbeads models (i.e., one ramp nucleated from the detachment and another ramp was initiated within the layers, which then coalesced along the progressive deformation). This study demonstrated that the important role played by mechanical stratigraphy in the physical modeling of FBFs and FPFs is consistent with the features observed in natural fold-fault systems.Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 18/11/2020 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.info:eu-repo/semantics/openAccessGeologia estruturalDobras - geologiaFalhas - geologiaA análise do mecanismo de formação de Fault-Bend Folds e Fault-Propagation folds por meio da modelagem física analógica.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFOPinstname:Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)instacron:UFOPLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8924http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/12967/5/license.txt62604f8d955274beb56c80ce1ee5dcaeMD55CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain; charset=utf-849http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/12967/2/license_url4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2fMD52license_textlicense_texttext/html; charset=utf-80http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/12967/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-80http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/12967/4/license_rdfd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD54ORIGINALTESE_AnáliseMecanismoFormação.pdfTESE_AnáliseMecanismoFormação.pdfapplication/pdf18206067http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/12967/1/TESE_An%c3%a1liseMecanismoForma%c3%a7%c3%a3o.pdf9a8864e618dec572d3590ccf9094e27cMD51123456789/129672020-11-20 12:42:04.701oai:localhost: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ório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufop.br/oai/requestrepositorio@ufop.edu.bropendoar:32332020-11-20T17:42:04Repositório Institucional da UFOP - Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)false
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