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(Sem Título)

(Sem Título)

(http://folk.uib.no/nglhe/StructuralGeoBook.html).
As sugestões de
leituras complementares
trazem indicações de livros e artigos selecionados para os lei-
tores interessados em informações mais detalhadas ou mais avançadas. Além disso, ao final dos capítulos
há indicações para módulos de
e-learning
, altamente recomendados após a leitura do capítulo como revisão
e preparação para provas. Os módulos fornecem informações que complementam o texto principal.
Recursos na internet (em inglês)
Recursos especialmente preparados para este livro estão disponíveis na sua página na internet
(http://folk.uib.no/nglhe/StructuralGeoBook.html), que abrangem:
• módulos de
e-learning
em Adobe Flash, que combinam animações, textos, ilustrações e fotografias que
apresentam aspectos-chave de Geologia Estrutural em ambiente visual interativo;
• todas as figuras dos capítulos em formato digital (jpeg) para uso dos leitores;
• figuras complementares, que ilustram estruturas geológicas e exemplos adicionais de campo;
• respostas às questões de revisão apresentadas no final de cada capítulo;
• exercícios adicionais e soluções;
• um local para disponibilização de imagens, animações, vídeos, exercícios e outros recursos fornecidos
pelos leitores.
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EOLOGIA
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STRUTURAL
— Prova 5 — 3/9/2012 —
Maluhy
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— página (local 9, global #9)
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Nota do Tradutor
Deformation
,
strain
, deformação
No Brasil, tem sido utilizada a palavra
deformação
como tradução tanto de
deformation
como de
strain
, o que
foi mantido nesta tradução.
Em português, não há uma tradução simples e direta para a palavra inglesa
strain
, que se refere a
mudanças na dimensão ou na forma de objetos – a palavra
deformation
é mais abrangente, referindo-se
também à translação e à rotação de objetos.
Como exemplos da tradução de
strain
em português, podemos citar “elipsoide de deformação” (
strain
ellipsoid
) e “análise da deformação” (
strain analysis
).
Nas passagens em que se discute o significado específico dos termos, é feita uma distinção, traduzindo-
se
deformation
por “deformação” e
strain
por “deformação interna”.
Ao longo do livro, o significado específico pode ser deduzido do contexto e o uso da tradução abrangente
“deformação” não compromete a compreensão do texto.
Fábio Ramos Dias de Andrade
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— Prova 5 — 3/9/2012 —
Maluhy
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Co.
— página (local 19, global #19)
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Sumário
Capítulo 1 – Geologia Estrutural e análise estrutural, 27
1.1 – Primeira abordagem da Geologia Estrutural
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
1.2 – Geologia Estrutural e tectônica
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
1.3 – Conjunto de dados estruturais
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
1.4 – Dados de campo
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
1.5 – Sensoriamento remoto e geodésia
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
1.6 – DEM, GIS e Google Earth
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
1.7 – Dados sísmicos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
1.8 – Dados experimentais
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
1.9 – Modelagem numérica
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
1.10 – Outras fontes de dados
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
1.11 – Organização de dados
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
1.12 – Análise estrutural
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
1.13 – Observações finais
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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-módulo
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49
Leituras complementares
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
Capítulo 2 – Deformação, 51
2.1 – O que é deformação?
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
2.2 – Componentes de deformação
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
2.3 – Sistema de referência
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
2.4 – Deformação: desconectada da história
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
2.5 – Deformação homogênea e heterogênea
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
2.6 – Descrição matemática da deformação
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
2.7 – Deformação interna (
strain
) unidimensional
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
2.8 – Deformação interna (
strain
) em duas dimensões
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
2.9 – Deformação interna (
strain
) tridimensional
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
2.10 – Elipsoide de deformação
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
2.11 – Mais sobre o elipsoide de deformação
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
2.12 – Variação de volume
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
2.13 – Deformação interna uniaxial (compactação)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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26
Geologia Estrutural
Apêndice B - Projeção estereográfica, 529
B.1 – Projeção estereográfica (equiangular)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
529
B.2 – Projeção de igual área
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
530
B.3 – Representação de planos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
530
B.4 – Representação de linhas
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
532
B.5 –
Pitch
(
rake
)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
532
B.6 – Ajuste de um plano a linhas
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
534
B.7 – Linha de intersecção
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
534
B.8 – Ângulo entre planos e linhas
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
534
B.9 – Atitude a partir de mergulhos aparentes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
534
B.10 – Rotação de planos e linhas
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
534
B.11 – Diagrama de roseta
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
534
B.12 – Programas gráficos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
535
Leitura complementar
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
535
Glossário, 537
Referências bibliográficas, 567
Legendas das figuras de abertura dos capítulos, 573
Índice Remissivo, 577
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Geologia Estrutural e
análise estrutural
1
A Geologia Estrutural é o estudo de dobras, falhas e outras estruturas deforma-
cionais na litosfera, no que diz respeito à sua ocorrência e modos de formação.
As estruturas podem variar de centenas de quilômetros de extensão a detalhes
microscópicos, e ocorrem em contextos muito variados, registrando variações
instigantes nas condições de esforço e deformação – informações que podemos
desvendar se conhecermos seus códigos. A história contida nas estruturas das
rochas é bela, fascinante e interessante, e pode ser muito útil à sociedade. A
exploração, o mapeamento e o aproveitamento de recursos minerais, como ardósias
e xistos (pedras de revestimento), minérios metálicos, água subterrânea, petróleo e
gás dependem do trabalho de geólogos estruturalistas, que devem compreender o
que observam e apresentar interpretações e previsões razoáveis. Neste primeiro
capítulo, vamos estabelecer as bases para os capítulos seguintes por meio da
definição e da discussão de conceitos fundamentais e de diferentes conjuntos de
dados e métodos em que a Geologia Estrutural e a análise estrutural se baseiam.
Dependendo de seu conhecimento prévio de Geologia Estrutural, pode ser útil rever
este capítulo depois de percorrer os demais.
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28
Geologia Estrutural
1.1
Primeira abordagem da Geologia
Estrutural
Para conhecermos a Geologia Estrutural, precisa-
mos observar as rochas deformadas e encontrar
uma explicação de como e por que elas adquiri-
ram essa forma. Nossos principais métodos são as
observações de campo, os experimentos de labora-
tório e as modelagens numéricas. Todos os méto-
dos apresentam vantagens e desafios. Os exemplos
de campo retratam os resultados finais dos proces-
sos de deformação, mas podem deixar de lado a
história real da deformação. Experimentos de labo-
ratório podem simular a deformação progressiva,
mas quão representativas são observações feitas ao
longo de horas ou semanas, quando comparadas
com histórias geológicas naturais que abrangem
milhares ou milhões de anos? Por sua vez, a mo-
delagem numérica da deformação, feita a partir de
equações matemáticas e computadores, é limitada
pelas simplificações necessárias para adequar os
processos às linguagens de computação e aos com-
putadores disponíveis. A combinação de diferentes
abordagens, porém, permite a obtenção de modelos
realistas da formação das estruturas e de seu signi-
ficado. Os estudos de campo serão sempre impor-
tantes, já que qualquer modelagem, seja numérica
ou física, deve basear-se direta ou indiretamente
em observações e descrições precisas de campo. A
objetividade em trabalhos de campo é fundamen-
tal e representa mais um desafio. De uma forma
ou de outra, eles são a razão principal pela qual
muitos geólogos optaram por se dedicar à pesquisa
científica.
1.2
Geologia Estrutural e tectônica
O termo
estrutura
deriva do latim
struere
, que signi-
fica construir. Podemos dizer que:
Uma estrutura geológica é uma configuração ge-
ométrica de rochas, e a Geologia Estrutural lida
com a geometria, a distribuição e a formação des-
sas estruturas.
É importante notar que a
Geologia Estrutural
lida apenas com estruturas criadas pela deforma-
ção de rochas, e não com estruturas primárias, for-
madas por processos sedimentares ou magmáticos.
Entretanto, as estruturas de deformação podem se
desenvolver pela modificação de estruturas primá-
rias, como o dobramento de camadas de uma rocha
sedimentar.
O outro termo,
tectônica
, deriva da palavra grega
tektos
, que significa construir ou construtor. A Geo-
logia Estrutural e a tectônica, portanto, lidam com
a formação da litosfera terrestre, em termos das es-
truturas resultantes, e estudam os movimentos que
esculpem a forma das porções mais superficiais de
nosso planeta. Podemos dizer que a tectônica está
mais relacionada com os processos subjacentes de
produção das estruturas:
A tectônica aborda processos “externos” e geral-
mente regionais que produzem um dado conjunto
característico de estruturas.
A palavra “externo”, nesse contexto, indica que
os processos são externos ao volume de rocha em
questão. Os processos ou causas externos podem
ser, por exemplo, movimentos de placas tectônicas,
intrusões forçadas de magma, diápiros de lama ou
sal em movimento gravitacional, fluxos de geleiras
e impactos de meteoritos. Cada uma dessas causas
externas pode criar estruturas características que
definem um
estilo tectônico
, e a tectônica relaci-
onada recebe nomes específicos em cada caso. A
tectônica de placas
é aquela que ocorre em grande
escala e envolve o movimento e a interação de pla-
cas litosféricas. No âmbito da tectônica de placas,
expressões como tectônica de subducção, tectônica
de colisão e tectônica de rifte são aplicadas em ca-
sos específicos.
A
glaciotectônica
é a deformação de sedimentos
e de seu embasamento (em geral, rochas sedimen-
tares) sob a parte frontal de uma geleira em movi-
mento. Nesse caso, a deformação é criada pelo mo-
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Deformação
2
As rochas deformadas e suas tramas e estruturas podem ser analisadas e mapeadas.
No capítulo anterior, vimos brevemente alguns métodos e técnicas da Geologia
Estrutural. Cada estrutura reflete uma mudança na forma e, talvez, um transporte
dentro de um arcabouço de referência. Geralmente nos referimos a essas mudan-
ças como deformações. Ao observarmos rochas deformadas, automaticamente
imaginamos como elas devem ter sido antes da deformação e por quais processos
passaram. Para compreender as estruturas, é necessário entender os fundamentos
da deformação, incluindo algumas definições úteis e descrições matemáticas. Esse
é o tema deste capítulo.
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2
Deformação
67
Aumento anisotrópico de volume:
XYZ
6
=
1
, onde
dois ou os três valores, dos valores
X
,
Y
e
Z
, são
diferentes entre si.
2.13
Deformação interna uniaxial
(compactação)
A deformação interna uniaxial (
uniaxial strain
) é a
contração ou extensão ao longo de um dos eixos
principais de deformação, sem variações no com-
primento dos outros eixos. Essa deformação requer
a reorganização, adição ou remoção de volume de
rocha. Se houver perda de volume, teremos
contra-
ção uniaxial
e redução de volume. Isso acontece por
reorganização de grãos durante a compactação fí-
sica de sedimentos porosos e tufos próximo à super-
fície, levando a um empacotamento mais denso dos
grãos. Somente a água, o óleo ou o gás dos poros
deixam o volume de rocha, mas não os minerais.
Em rochas calcárias ou sedimentares siliciclás-
ticas em grande profundidade, a deformação uni-
axial pode ser acomodada por dissolução (pres-
são), também conhecida como compactação quí-
mica. Nesse caso, os minerais são dissolvidos e
transportados por fluidos para fora do volume de
rocha. A remoção de minerais por difusão pode
também ocorrer sob condições metamórficas na
crosta média e inferior. Esse processo pode levar
à formação de clivagem ou à compactação através
de zonas de cisalhamento. A
extensão uniaxial
implica expansão em uma direção. Esse processo
pode ocorrer devido à formação de fraturas tênseis
ou de veios, ou durante reações metamórficas.
Contração uniaxial:
X
=
Y > Z
,
X
=
1
Extensão uniaxial:
X > Y
=
Z
,
Z
=
1
A deformação uniaxial pode ocorrer isolada-
mente, como, por exemplo, na compactação de
sedimentos, ou em combinação com outros tipos
de deformação, como o cisalhamento simples. Mui-
tas zonas de cisalhamento podem ser conveniente-
mente consideradas como zonas de cisalhamento
simples, com encurtamento uniaxial adicional
transversal.
O encurtamento uniaxial ou compactação é uma
deformação importante e bastante comum, que re-
quer uma descrição mais detalhada. A matriz de
deformação da deformação uniaxial é
2
6
6
6
4
1 0
0
0 1
0
0 0 1
+
Δ
3
7
7
7
5
(2.10)
onde
Δ
é a elongação na direção vertical (negativa
para compactação) e 1
+
Δ
é o estiramento vertical
(Fig. 2.16). O fato de que apenas o terceiro elemento
diagonal é diferente de 1 implica elongação ou en-
curtamento somente em uma direção. A matriz for-
nece o elipsoide de deformação, que é oblato (forma
de panqueca) no caso de compactação. Ela também
pode ser usada para calcular o modo como feições
planas, como falhas e estratificações, são afetadas
pela compactação (Fig. 2.16).
Se for possível estimar a porosidade atual e a
inicial (
0
) de um sedimento compactado ou rocha
sedimentar, poderemos utilizar a equação:
=
0
e
CZ
(2.11)
para encontrar (1
+
Δ
), onde
Z
é a profundidade
de soterramento e
C
é uma constante cujos valo-
res típicos são cerca de 0,29 para areia, 0,38 para
silte e 0,42 para folhelho; “e” é, nesse caso, a função
exponencial, e não o fator de extensão. A Eq. 2.11
nos mostra que a porosidade
varia em função da
profundidade
Z
em uma matriz com a forma:
2
6
6
6
4
1 0
0
0 1
0
0 0 1
+
ƒ
(
Z
)
3
7
7
7
5
(2.12)
Pode ser demonstrado que
Δ
=(
1
0
)
/
(
1
0
e
CZ
)
, e a matriz de deformação, portanto, se
torna:
2
6
6
6
4
1 0
0
0 1
0
0 0
(
1
0
)
/
Ä
1
0
e
CZ
ä
3
7
7
7
5
(2.13)
G
EOLOGIA
E
STRUTURAL
— Prova 5 — 3/9/2012 —
Maluhy
&
Co.
— página (local 93, global #93)
i
i
i
i
i
i
i
i
Deformação em rochas
3
A deformação (
strain
) nas rochas pode ser analisada por meio de uma ampla gama
de métodos. Muita ênfase foi dada às análises da deformação uni, bi e tridimensio-
nal em rochas deformadas de modo dúctil, particularmente na segunda metade do
século XX, quando grande parte da comunidade ligada à Geologia Estrutural passou
a dedicar-se à deformação dúctil. Os dados de deformação foram coletados ou
calculados para uma melhor compreensão dos empurrões em cinturões orogênicos
e dos mecanismos relacionados aos dobramentos. O foco da Geologia Estrutural
mudou desde então, e o campo de estudos foi ampliado nas duas últimas décadas.
Hoje, a análise de deformação é aplicada com a mesma ênfase em áreas falhadas,
bacias de rifte e cinturões orogênicos. No Cap. 20 retornaremos à deformação em
regime rúptil. Neste, abordaremos como a deformação é medida e quantificada
em regime dúctil.