Tradução Livre de parte do conteúdo do livro: An Introduction to GEOLOGICAL STRUCTURES and MAPS. Segunda Edição, de G.M. BENNISON (1971).

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1 Tradução Livre de parte do conteúdo do livro: An Introduction to GEOLOGICAL STRUCTURES and MAPS. Segunda Edição, de G.M. BENNISON (1971). Finalidade: Ajudar discentes do Curso de Geologia, nas disciplinas Introdução às Geociências e Geologia Geral nos passos iniciais no tratamento e interpretação de mapas geológicos. Tradução realizada pela Turma de 2012 representantes da Monitoria de Introdução às Geociências 2013 sob a supervisão do Professor Geól.Francisco de A. Matos de Abreu. 1 CAMADAS HORIZONTAIS E INCLINADAS CURVAS DE NÍVEL As colinas e os vales, geralmente, são marcados por sequências de rochas, ou estratos, elementos individuais ou camadas - diferenciadas quanto à espessura e resistência à erosão. Assim, diversas feições topográficas e morfologias do terreno (land-forms) são formadas, excetuando-se os casos em que a topografia resultante da erosão, provém de apenas uma única litologia. De maneira simples, podemos considerar os casos em que os estratos são horizontais. Raramente os encontramos assim na natureza; frequentemente, eles são encontrados soerguidos vários pés acima da posição em que foram depositados, geralmente rotacionandose e inclinando-se durante o processo de elevação. O padrão do afloramento das camadas quando os estratos estão na horizontal é uma função da topografia. A camada mais superior na sequência estratigráfica (a mais nova) aflorará no terreno nas partes mais altas e as camadas da porção inferior da sequência aflorará nos vales mais profundos. Os contatos geológicos serão paralelos às curvas de nível que aparecem em um mapa topográfico, uma vez que eles próprios, os contatos, são curvas de nível, tendo-se em consideração que uma curva de nível é uma linha que une infinitos pontos de mesma cota. (Ela é o resultado da interseção de um plano horizontal imaginário, de cota h com a superfície do terreno) DESENHO DE UMA SEÇÃO OU CORTE. Desenhe uma linha base do comprimento exato da linha A-B (7-1/2 polegadas). Marque na linha base os pontos em que cada curva de nível corta a linha de seção: por exemplo, 0.3 de A marque o ponto correspondente à interseção do nível 700. Da linha base erga uma perpendicular correspondente ao comprimento da altura do terreno e uma vez que é importante igualar a escala vertical e a escala horizontal, a perpendicular de comprimento 0,7 deve ser erguida correspondendo ao nível 700 (Fig. 1) N.B muito trabalho pode ser poupado se as seções forem desenhadas em um papel milimetrado.

2 Muitos dos mapas nesse livro estão desenhados em uma escala de 1 = 1000 (uma polegada = pés) para facilitar os desenhos de seção e simplificar os cálculos. Fig. I. Parte da seção ao longo da linha A-B do Mapa I mostrando o método de construção da superfície do terreno (ou perfil). Os estratos inclinados são ditos terem mergulhos. O ângulo de mergulho é o ângulo máximo, medido entre a camada e o plano horizontal que intercepta a camada (independente da inclinação do terreno) (Fig 2). Fig. 2. Seção mostrando uma camada com mergulho. O ângulo de mergulho é medido a partir do plano horizontal que intercepta a camada. Na direção situada em ângulo reto à linha de mergulho encontra-se a linha horizontal desse plano. Essa direção é chamada de strike (Fig. 3) (em português simplesmente direção). Uma analogia pode ser feita com o tampo de uma mesa. Uma bolinha de gude rolará nesse tampo, no sentido onde estará 0 mergulho máximo desse plano. A aresta do tampo da mesa, a qual tem a mesma altura em relação ao chão ao longo de todo o seu comprimento, i.e. é horizontal, representa a orientação do strike.

3 Fig. 3. Camadas inclinadas em uma pedreira. Observe as relações entre as orientações das linhas de mergulho e de direção.

4 Map 1. Os afloramentos geológicos são mostrados no canto noroeste do mapa. Pode ser visto que as camadas são horizontais como os fronteiras geológicas coincidem com, ou são paralelas, as curvas de nível do solo. Complete o afloramento geológico ao longo de todo o mapa. Qual a espessura de cada camada? Desenha uma seção ao longo da linha A-B.

5 Mapa 2. As linhas contínuas são os limites (boundaries) geológicos separando os afloramentos do dipping strata (mergulho estatigráfico?), beds (camadas) P, Q, R, S, T e U. Examine o mapa e observe que os limites geológicos não estão paralelos às curvas de nível mas, na verdade, interceptam elas. Isto mostra que as beds (camadas) estão dipping (mergulhando). Antes de construir strike lines, podemos deduzir a direção do dip (megulho) das beds (camadas) pelo fato de que os afloramentos traçam um 'V' vale abaixo? Desenhe strike lines para cada interface geológica e calcule a direção e valor do mergulho.

6 LINHAS DE CONTORNO ESTRUTURAL (STRIKE LINES) Assim como é possível definir a topografia de um terreno por meio de curvas de nível, podemos desenhar linhas de contorno estrutural de um plano de acamamento (plano estratigráfico). A essas linhas dá-se a denominação de linhas de contorno estrutural ou strike lines, a primeira reune pontos de mesma cota; a segunda pontos paralelos à direção (direção da camada = strike). Os termos são assim, sinônimos. CONSTRUÇÃO DE LINHAS DE CONTORNO ESTRUTURAL A cota de um contato geológico pode ser encontrada onde o mesmo intercepta uma curva de nível. Por exemplo, o contato entre as camadas S e T corta a curva 700 em três pontos. Esses pontos estão na linha de contorno de 700', que pode ser desenhada através deles. Uma vez que estes mapas retratam simplesmente superfícies planas inclinadas, as linhas de contorno vão ser contínuas, paralelas e - se os mergulhos forem constantes- igualmente espaçadas. Tendo encontrado a direção da camada sabemos que o sentido do mergulho é perpendicular à direção da camada, mas devemos determinar se o mergulho é "para o norte" ou "para sul". Uma segunda linha de contorno pode ser desenhada sobre o mesmo contato geológico S-T através dos dois pontos onde essa linha corta a curva 600. A partir do espaçamento das linhas de contorno estrutural podemos calcular o mergulho ou o gradiente das camadas. (Fig. 4.a). O gradiente é 700'-600' em 0.5'', ou 100' em 0.5'' sendo a escala do mapa de 1'' = 1,000'. = 100' em 500' Então, o gradiente é 1 em 5. Frequentemente é mais conveniente utilizar gradientes, contudo sobre mapas geológicos o mergulho sempre é dado como um ângulo. Usando-se relações trigonométricas simples, vê-se que o ângulo do mergulho, no caso acima, é aquele ângulo que possui uma tangente de 1 5 ou 0.2, i.e º (Fig. 4.b). 2

7 Fig. 4. (a) Plano mostrando linhas de contorno estrutural e (b) seção mostrando a relação entre mergulho e gradiente. Linhas perpendiculares são então desenhadas a partir da linha base, com comprimento correspondente à altura das linhas de contorno estrutural (Fig. 5). Fig. 5. Seção para mostrar o método de traçar contatos geológicos de forma precisa. Nota de rodapé: Uma certa confusão pode ocorrer no que respeita ao uso do termo contato geológico, uma vez que ele pode ser utilizado tanto para a interface entre duas camadas como para o afloramento dessa interface. Esse parece ser um termo de emprego satisfatório, entretanto, uma vez que os mesmos estão relacionados isso pode levar a uma certa ambiguidade. ESSA NOTA DE RODAPÉ SE REFERE AO TEXTO DO MAPA 2. DESENHANDO SEÇÕES: O perfil topográfico é desenhado pelo método já descrito na página 7. Os contatos geológicos (interfaces) podem ser inseridos de modo análogo, pela marcação dos pontos em que a linha da seção é interceptada pelas linhas de contorno estrutural.

8 Map 3. Trace as linhas de direção do contatos geológicos. Calcule o mergulho das camadas. Faça uma seção geológica ao longo da linha Y-Z. Calcule as espessuras das camadas B, C, D e E. Indique no mapa um inlier (janela estrutural) e um outlier (testemunho de erosão).

9 MERGULHO REAL E APARENTE Se a inclinação, como em um tampo de mesa, de um contato geológico ou de um plano de acamamento, é medido em uma direção qualquer situada entre a direção da camada e a direção de mergulho máximo, o ângulo de mergulho naquela direção é conhecido como sendo um mergulho aparente (Fig.6a). Seu valor irá se situar entre 0º da linha que representa a direção, uma linha horizontal, e o valor do mergulho máximo ou mergulho real ou verdadeiro. A relação trigonométrica não é simples: Tangente do mergulho aparente = Tangente mergulho real x cosseno do ângulo β ( ângulo de mergulho na direção do mergulho aparente) (veja Fig. 6b). Fig. 6. (a) Bloco diagrama e (b) mapa com linhas de contorno estrutural para ilustrar as relações entre mergulho verdadeiro e o mergulho aparente. Contudo, o problema de cálculo do mergulho aparente se torna muito mais simples se o considerarmos como gradiente. Sendo assim, como o gradiente da camada na direção do mergulho máximo é dado pelo espaçamento das strike lines (0.75'' na Fig. 6b, representando um gradiente de 1 em 7 1, uma vez que a escala do mapa é 1'' = 1,000'), então esse gradiente 2 na direção em que desejamos obter o mergulho aparente é dado pelo espaçamento das linhas de contorno estrutural naquela direção. (1.3'' na Fig. 6b, representando um gradiente de 1 em 13). CÁLCULO DA ESPESSURA DE UMA CAMADA No mapa 3 pode ser visto que a linha de contorno estrutural I,100 do contato D-E coincide com a linha de contorno I, 000 do contato C-D. Assim, ao longo dessa linha de direção, o topo da camada D está a 100 pés mais alto que a base. Esta tem uma espessura vertical de 100 pés. Essa seria a espessura da camada que poderia ser recortada por um furo executado no ponto X.

10 ESPESSURA VERTICAL E ESPESSURA REAL Sendo as camadas inclinadas, a espessura vertical recortada por uma perfuração é maior que a espessura real medida perpendicular aos contatos geológicos (Fig. 7). O ângulo α entre VT (espessura vertical ) e T (espessura verdadeira) é igual ao ângulo de mergulho. Nesse caso o Coseno α = T T = VT x Cos α VT A espessura real de uma camada é igual à espessura vertical multiplicada pelo cosseno do ângulo de mergulho. Onde o mergulho é baixo (menos que 5º) o cosseno é alto (over 0.99) e a espessura real e vertical são aproximadamente a mesma. Fig. 7. Corte mostrando a relação entre a espessura vertical (VT) e a espessura verdadeira (T) de uma camada com mergulho. LARGURA DE AFLORAMENTO Se a superfície do terreno é plana a largura de afloramento de uma camada com espessura constante expressa o comportamento do mergulho. (Fig 8). Mais comumente, os afloramentos de camadas em terreno inclinado a espessura do afloramento é uma função do mergulho dessas camadas e da inclinação do terreno.

11 Fig. 8. Cortes mostrando as diferentes larguras de afloramentos de uma camada com espessura constante com mergulhos fortes e fracos. Nota-se que no caso de camadas horizontais os contatos geológicos são paralelos às curvas de níveis. Em camadas inclinadas os contatos geológicos interceptam as curvas de níveis, e nos terrenos topograficamente irregulares quanto maior for o mergulho, mais a largura do mesmo se aproxima da espessura da camada. No caso limite de uma camada vertical, os contatos são linhas retas e não possuem relação com a topografia. (grifo nosso) JANELAS ESTRUTURAIS E TESTEMUNHOS DE EROSÃO (INLIERS AND OUTLIERS) A um afloramento de uma camada inteiramente circundado por afloramentos de outras camadas mais novas dá-se a denominação de inlier (janela estrutural ou janela tectônica). No caso de um afloramento de rochas mais antigas inteiramente circundados por camadas de rochas mais novas (estando assim, separado da unidade litológica à qual pertence) dá-se, a essa configuração, a denominação de outlier (testemunho de erosão). No mapa 3 essas feições são produtos da erosão sobre camadas estruturalmente simples e são chamados de inliers e outliers erosionais. (Veja p. 30 para detalhes de outras inliers e outliers). É muito difícil construir a escala vertical igual a escala horizontal em uma situação em que 1 em um mapa em milhas é, 1 = É necessário, portanto, introduzir um exagero vertical em que, se a escala vertical de 1 = 1000 for a escolhida, esse exagero será aproximadamente de 5 vezes e meia (O USGS emprega frequentemente um exagero vertical de três vezes). Quando consideramos uma área do tamanho desse mapa observa-se que os planos de acamamento não tem mergulhos uniformes mas são levemente dobrados. As camadas não podem ser inseridas em uma seção por meio da construção de strike lines; deve ser usada a espessura correta, tal como apresentado na coluna estratigráfica na legenda do mapa, e se determinando um mergulho que permita adequar o corte a largura correta do afloramento (veja acima). 2 PROBLEMAS DOS TRÊS-PONTOS Se a cota de uma camada é conhecida em três ou mais pontos, é possível encontrar-se a direção e calcular o mergulho da camada, em situação de mergulho uniforme. Esse princípio permite muitas aplicações na mineração, abertura de shaft (poços de ventilação ou de acesso em minas), em problemas de perfurações enfrentados por geólogos e engenheiros, sendo que esse capítulo lida somente com princípios fundamentais e inclui alguns poucos problemas em mapas simples. A cota de uma camada pode ser conhecida nos pontos onde ela aflora ou sua cota pode ser calculada a partir de dados da profundidade de perfurações e em minas. Se a cota é conhecida

12 em três pontos (ou mais) só existe uma solução possível tanto para direção como para o valor do mergulho, e isso pode ser facilmente calculado. Mapa 4. Calcule a direção e o mergulho de uma camada de carvão a qual aflora nos pontos A, B e C. Em que profundidade essa camada pode ser encontrada em uma perfuração realizada no ponto D? Complete os afloramentos da camada de carvão. Uma outra camada situada de 200(metros ou pés dependendo do parâmetro que estiver utilizando) abaixo dessa camada de em consideração afloraria na área do mapa?

13 CONSTRUÇÃO DE LINHAS DE CONTORNO ESTRUTURAL Nota: uma vez que o mapa retrata uma camada de carvão, com uma espessura da ordem de cinco pés, na escala de 1 = 1000 sua espessura é tal que pode ser satisfatoriamente representada no mapa por uma simples linha cheia. Não há necessidade em desenhar strike lines para o topo e para a base da camada nessa escala elas são essencialmente idênticas. Observe a cota da camada nos pontos A, B e C onde ela aflora. Ligue com uma linha reta o ponto mais alto da camada de carvão, C (600 ) até o ponto mais baixo na camada, A (200 ). Divida a linha A-C em quatro partes iguais (de = 400 ). Como o declive da camada é constante, podemos encontrar um ponto em AC onde a camada está na cota de 400 (o ponto médio). Sabemos também que no ponto B a camada está na cota de 400. A linha reta desenhada entre esses dois pontos é a linha de contorno de 400. Em um estrato inclinado como esse, todas as strike lines são paralelas. Construa a strike line de 200 passando pelo ponto A, outras por 300, 500 e 600 a última, passando pelo ponto C. Tendo agora estabelecido ambos: direção e espaçamento das strike lines, complete as camadas sobre todo o mapa. INSERÇÃO DE AFLORAMENTOS As linhas de contorno estrutural são desenhadas para determinar a cota da camada de carvão, onde está aflora sobre curvas de nível. Onde a camada definida pela linha de contorno estrutural estiver na mesma cota da superfície do terreno definido pelas curvas de nível, ela vai aflorar. Pode-se encontrar no mapa um número de interseções nas quais as linhas de contorno e as curvas de níveis tem a mesma cota: os afloramentos da camada deve estar em todos esses pontos. Nessas condições, os pontos não podem ser unidos por linhas retas. Devemos ter em mente que onde as camadas existem entre duas strike lines, e.g. os 300 e 400,ela só pode aflorar nos locais onde o terreno também tem cotas situadas entre 300 e 400, i.e. entre as curvas de nível de 300 e 400 (Fig. 9). O afloramento de um contato geológico não pode, no mapa, interceptar uma linha de contorno estrutural ou uma curva de nível exceto nos locais onde elas se intersectam na mesma cota.

14 Fig.9. A interseção de um contato geológico em um mapa com curvas de níveis e linhas de contorno estrutural. PROFUNDIDADE EM PERFURAÇÕES Relativamente ao nível do mar, a cota de um terreno em um local de uma perfuração pode ser estimada considerando a sua proximidade em relação às curvas de nível e a cota da camada de carvão no mesmo ponto no mapa, calculada a partir das linhas de contorno estrutural. Muito simplesmente, a diferença em cota entre a superfície do terreno e a camada é a profundidade no qual a perfuração deve ser realizada visando alcançar a camada em consideração.

15 Mapa 5. Uma perfuração realizada no ponto A intercepta uma camada de carvão a uma profundidade de 50 (metros ou pés dependendo do parâmetro que estiver utilizando) e uma outra camada a 450. Os furos executados nos pontos B e C encontram a camada inferior nas proximidades de 150 a 250 respectivamente. Após ter determinado a direção e o mergulho, trace no mapa as duas camadas. Inicialmente é preciso calcular a cota (altura do ponto em relação ao nível do mar) da camada inferior de carvão, nos pontos A, B e C nos quais as perfurações estão localizadas.

16 Map 6. Afloramentos de três camadas conglomerado, arenito e folhelho- estão presentes no mapa. Complete o mapa traçando os contatos entre as camadas, assumindo que todas as camadas tem o mesmo mergulho.

17 3 DISCORDÂNCIAS Em termos de história geológica, uma discordância representa um período de tempo durante o qual não há a deposição de camadas. Durante este período, os estratos já formados podem ser elevados e inclinados por movimentos na crosta, movimentos esses que podem ter interrompido a sedimentação, gerando a discordância. As camadas soerguidas submetidas ao efeito do intemperismo sub-aéreo e da erosão, são 'desgastadas', em maior ou menor grau, antes da subsidência provocar a renovação da sedimentação e a formação de novas camadas. Como resultado, encontramos no campo, um conjunto de camadas que repousam sobre a superfície erodida de um outro conjunto de camadas mais antigas (e muito frequentemente alguns dos materiais que formam as camadas mais novas foram derivados pela erosão das camadas mais antigas). Em um mapa previsional, ou em um mapa-base de levantamento geológico, a tal superfície de erosão não pode ser vista, embora sua presença possa ser indicada na coluna estratigráfica, na legenda do mapa. No entanto, por causa dos movimentos da crosta que produzem a elevação dos estratos mais velhos, seguido por movimentos que levam à subsidência e a uma nova sedimentação, é raro que as camadas mais jovens tenham a mesma direção e o mesmo mergulho das camadas mais antigas. Uma exceção a essa afirmativa pode ser encontrada nas bordas da Bacia de Londres, onde as camadas do Terciário Inferior repousam discordantemente sobre o Chalk, estabelecendo uma pequena diferença em termos de direção e de mergulho, embora comparativamente, a sucessão de camadas, do outro lado do Channel, mostre uma expressiva discordância, a qual representa um longo período de tempo, uma vez que se sabe que na Grã-Bretanha, os dois estágios superiores do Chalk e o estágio inferior do Terciário não são encontrados. RECOBRIMENTO PARCIAL (OVERSTEP) Geralmente a camada inferior de sequências mais jovens que apresentam um mergulho e uma direção bastante diferentes daquele dos estratos mais velhos, deposita-se sobre camadas de idades diferentes. Essa configuração (Fig. 10) é denominada de overstep (recobrimento); a camada X é dito recobrir as camadas A, B, C, etc. Se as camadas mais antigas já estavam inclinadas antes de ocorrer a erosão, elas compõem um plano de discordância formando um ângulo com as camadas mais novas, e nesse caso se configura uma discordância angular (Fig 10). RECOBRIMENTO TOTAL (OVERLAP) Quando a subsidência contínua e, por exemplo, o mar avança cada vez mais sobre a área onde ocorrem os terrenos antigos, as camadas, sucessivamente são depositadas e elas podem ter uma extensão geográfica maior, de modo que uma camada se estende além dos limites da camada anterior a ela, a recobrindo de forma total (overlap). Nessa configuração (Fig. 11) pode ter lugar uma discordância com ou sem overstep. A camada Y recobre de forma total a camada X. PAG 22

18 Mapa 7. Encontre o plano da discordância. Deduza a direção e o mergulho das duas séries de camadas que são separadas pela discordância. Construa uma seção geológica ao longo da linha do canto noroeste do mapa até o canto sudeste. Haveria a possibilidade da camada de carvão ser encontrada em perfurações situadas nos pontos A, B e C? Se a camada de está carvão presente, calcule sua profundidade abaixo da superfície do terreno; se ela não ocorre, sugira uma explicação para essa ausência.

19 PÁG 23 Camada X. (De modo inverso, quando uma sucessão de camadas se deposita sobre uma área, progressivamente menor, em razão de um soerguimento gradativo tem-se um off-lap (ausência da camada). (Raramente esse tipo de situação pode ser deduzida da análise de um mapa geológico e não será discutida). Fig 10. Bloco diagrama de uma inconformidade Angular. Fig. 11. Bloco diagrama de uma inconfor midade com overlap. PAG FALHAS Falhas: Falhas são fraturas que deslocam as rochas. As camadas de um dos lados da falha podem se deslocar verticalmente centenas ou mesmo milhares de metros, em relação às camadas situadas no lado oposto da mesma. Em outro tipo de falha as rochas podem deslocar se horizontalmente por muitos quilômetros. Na natureza as falhas podem se apresentar como uma superfície plana ao longo do qual se tem um deslocamento ou pode ser representada por uma zona de rocha brechada. Para os objetivos da confecção de mapas essas situações podem ser representadas como um plano, o qual, geralmente, estabelece uma angularidade com a vertical. Este ângulo ( Fig. 12) é chamado de hade (ângulo complementar ao ângulo de mergulho) da falha. O deslocamento vertical de um plano de estratificação é chamado de throw (separação vertical) da falha. FALHAS NORMAIS E INVERSAS: Se o mergulho ou a inclinação da falha se posiciona no sentido de deslocamento do bloco do topo para baixo, a falha é uma falha normal ( Fig. 12). Se, contudo, o mergulho ou a inclinação da falha é no sentido oposto ao do deslocamento do bloco do topo da mesma, a falha será uma falha inversa ( Fig.13). Na natureza, o ângulo de hade de uma falha inversa é geralmente maior que o da falha normal, de modo que, em uma área com forte gradiente de relevo o traço de uma falha inversa tende a ser sinuoso. Se o relevo do terreno for relativamente plano e uniforme o traço do plano de falha, de qualquer tipo será praticamente uma linha reta. É possível nos mapas 8 e 9 a construção de linhas de contorno estrutural dos planos de falhas, exatamente como construímos strike lines em planos de estratificação no capitulo 1. Portanto é possível encontrar o sentido da inclinação e verificar se as falhas são normais ou inversas.

20 Fig12: seção de estratos deslocados por uma falha normal (após a erosão se produz um próximo nível da superfície do solo). PAG 25 OS EFEITOS DA FALHA EM AFLORAMENTOS Considere os efeitos da falha sobre as camadas: essas em um lado da falha são elevados, muitos metros, relativamente ao outro lado. Uma vez que esta elevação como regra geral, não é um processo rápido e a camada começa a sofrer a erosão, continuamente, após essa elevação, uma falha pode não formar uma feição topográfica, embora, temporariamente uma escarpa de falha (fault scarpe) possa estar presente (Fig. I4) especialmente após uma repentina elevação resultante, por exemplo, de um terremoto. Algumas falhas que levam à justaposição de rochas resistentes à erosão de um lado com rochas facilmente erodíveis do outro podem ser reconhecidas pela presença de uma escarpa de linha de falha (cf. escarpa de fallha resultante de um movimento real). Fig. I 3. Seção através de uma camada deslocada por uma falha reversa/inversa (reversed). Note que devido à erosão as camadas mais jovens são removidas do lado da falha que se moveu para cima, mas são preservadas no lado que se moveu para baixo (downthrow). Uma falha desloca e desorganiza as camadas. Esse efeito de deslocamento, combinado à erosão, causam descontinuidade ou deslocamento nos afloramentos das camadas.

21 erosão PAG 26 Fig. I 4. Seções para exibir a eliminação progressiva de uma falha escarpa (fault scarp) por Onde o plano de falha é paralelo à direção das camadas vê-se tanto uma repetição de afloramentos ( Fig. I 5 a) onde a sucessão de camadas na superfície é A, B, C, A, B, C ou a supressão delas (Fig. I 5 b) quando a sucessão de camadas vistas em superfície tem o arranjo A, B, C, E, F, G. Fig 15: Bloco diagramas de uma strike fault normal (a) com a direção do mergulho oposto à direção da inclinação, causando repetição de parte da sucessão dos afloramentos e (b) com as direções do mergulho e de inclinação similares, causando uma supressão de parte da sucessão dos afloramentos. Onde o plano de falha é paralelo à direção do mergulho da mesma (uma falha de mergulho; dip fault), i.e. em ângulos retos, relativamente à direção da camada, ocorre um deslocamento lateral do afloramento. Esta situação não deve ser confundida com o movimento lateral de camadas (veja página 47): a transposição dos afloramentos é devido ao deslocamento vertical das camadas seguido ou acompanhado pela erosão que, em razão da camada estar inclinada, causa aos afloramentos situados do lado que sofreu elevação (upthrow ) se deslocarem no sentido do mergulho. Figura 16. Bloco diagrama de uma falha de mergulho normal. Note que a lateral do movimento dos afloramentos atravez do real deslocamento é vertical.

22 Figura 17. Seção mostra um pequeno angulo (alta inclinação) reservada à falha e sua importância aos problemas na mineração. PAG 27

23 Mapa 8. Desenhe strike lines para os contatos superior e inferior superfícies do arenito (pontilhado). Qual é o valor do throw da falha? Desenhe strike lines do plano de falha. É uma falha normal ou inversa? Qual é a espessura do arenito? PAG 28

24 Mapa 9. A linha F-F é o afloramento de um plano de falha. A outra linha espessa no mapa representa afloramentos de uma camada de carvão. Sombreie as áreas onde o carvão pode ser atravessado por uma perfuração (as áreas onde ela não foi removida pela erosão). Indique as áreas nas quais qualquer

25 perfuração poderia interceptar duas vezes a camada de carvão. Que tipo de falha é esta? Desenhe uma seção ao longo da linha X-Y. PÁG 29 CALCULO DO THROW (SEPARAÇÃO OU REJEITO VERTICAL) DE UMA FALHA. NOTA SOBRE O MAPA 8: Construa as strike lines da superfície superior da camada de arenito na parte norte do Mapa 8. Elas se orientam norte-sul e são espaçadas em intervalos de ½. Siga o mesmo procedimento para a superfície superior do arenito ao sul do plano de falha. A strike line 500 desenhada no lado sul da falha, se estendida além da falha, coincide com a posição da strike line 1000 no lado norte da falha. O estrato no lado sul portanto situar-se-á 500 abaixo daquele do lado norte. A falha, então, apresenta um rejeito vertical (downthrow ) para sul, de 500. NOTA SOBRE O MAPA 9: A área na qual uma perfuração recorta duas vezes a camada de carvão é definida pelas linhas de interseção do plano de falha com a camada de carvão (Figura 17). As superfícies definirão uma interseção onde elas estiverem na mesma cota em que se encontra a camada de carvão (onde as strike lines da camada de carvão e os strike lines dos planos de falha tiverem a mesma cota). FALHAS DE RASGAMENTO (Wrench ou Tear Faults). No caso dessas falhas, as camadas, em ambos os lados do plano de falha se movem lateralmente, um em relação ao outro, i.e. o movimento terá sido em deslocamento horizontal paralelo ao plano de falha. No caso de um mergulho simples das camadas os afloramentos são deslocados lateralmente (Figura 18) de tal forma que o efeito sobre o afloramento é similar àquele das falhas normais de mergulho (cf. Figura 16) e neste caso geralmente é impossível demostrar a ocorrência de deslocamento horizontal utilizando-se simplesmente o mapa geológico (pode-se determinar apenas o deslocamento aparente). Cavalgamentos (thrust faulting) que possuem um hade elevado bem como os efeitos do falhamento sobre camadas dobradas serão tratados em capítulos posteriores. Figura 18. Bloco diagrama de uma falha wrench (=tear). Note que o efeito nos afloramentos é similar ao falha do mergulho normal (cf. Figura 16).

26 PÁG 30 FALAHAMENTO PRÉ E PÓS DISCORDÂNCIAS Após a deposição de um conjunto de estratos, os movimentos na crosta que causam elevação também podem dar origem a uma falha que afete esses estratos. Uma série discordante (um conjunto de camadas mais novas), que foram depositada em um período posterior a esse evento, não é afetada por essa falha. Movimentos crustais posteriores à deposição das camadas mais novas, poderiam, se elas induzem ao processo de falhamento, desenvolver falhas que afetariam ambos os conjuntos de estratos. Claramente, é possível determinar a idade relativa da falha através da análise do mapa geológico, o qual vai indicar se a falha desloca apenas o conjunto mais antigo (pré-discordância) ou se desloca ambos os conjuntos (pós-discondância). A falha é mais nova do que as camadas mais novas que ela corta. (grifo nosso) JANELA ESTRUTURAL E TESTEMUNHO DE EROSÃO (INLIERS E OUTLIERS) O aumento da complexidade dos padrões de afloramento devido à discordância e ao falhamento aumenta o potencial para a formação de janelas estruturais e testemunhos de erosão (esses termos foram definidos anteriormente). Indique no mapa 11 os testemunhos de erosão e as janelas estruturais que devem sua existência às características estruturais e ao subquente isolamento erosional. FALHAS PÓSTUMAS Movimentos adicionais podem acontecer ao longo de um plano de falha pré-existente. Dessa forma, o deslocamento de uma camada pode ser relacionado à dois ou mais períodos geológicos. Assim, um conjunto de camadas mais antigas pode ser deslocado por um movimento inicial, o qual não afetou as rochas mais novas desde que elas tenham sido depositadas subsequentemente a esse movimento. Uma reativação da falha, dando lugar a uma nova movimentação, ao longo do plano da mesma, agora deslocar ambos os estratos, o antigo e o novo, de tal forma que as camadas mais velhas sofrerão um deslocamento maior uma vez que elas serão movimentadas duas vezes ( os rejeitos serão então somados). PAG 31

27 Mapa 10. A parte oeste do mapa compreende um problema de 3 pontos nos permitindo desenhar strike lines nos intervalos de 10 da base de uma camada de minério de ferro. Assumindo que o topo dessa camada está 20 acima, por que o furo B penetra apenas 15 de ironstone? A leste da falha (uma falha normal de baixo hade ), trace as strike likes e as renumere então com 10 a menos (já que a falha é mostrada como tendo um deslocamento para baixo de 10 para leste). Marque os afloramentos de minério de ferro nos dois lados da falha. Marque também as áreas onde a camada de minério de ferro pode ser trabalhada à céu aberto com uma remoção máxima do pacote de ardósias sobrejacente menor que 40.

28 PAG 32 Mapa 11: Calcule a direção e o mergulho das camadas abaixo e acima do plano de discordância. Construa uma secção ao longo da linha X-Y. As linhas F 1-F 1 e F 2-F 2 são os afloramentos de dois planos de falha. Qual falha ocorreu mais cedo no tempo geológico?

29 PAG 33 5 DOBRAMENTO Vimos que as camadas geológicas estão frequentemente inclinadas (ou mergulham). Ao examinarmos as camadas sobre uma área de grande dimensão observamos que os mergulhos das mesmas não são constantes, e como regra geral, as camadas inclinadas fazem parte de uma estrutura muito maior. Por exemplo, o Chalk dos South Downs* geralmente mergulha para sul, em direção ao Channel - como pode ser visto quando da análise do "mapa de Pesquisa Geológica 1 de Brighton (Folha n º 315). Sabemos, porém, que nas Colinas do Norte o Chalk mergulha para norte (passando por baixo da Bacia de Londres); as camadas inclinadas das Colinas do Sul e do Norte são realmente partes de uma grande estrutura que arqueou as rochas, incluindo o Chalk na área de Wealden. Nem todos os arqueamento dos estratos acontecem nessa escala maior, sendo que se encontram dobras menores próximo do centro da Folha Brighton. ANTICLINAIS E SINCLINAIS Nos locais onde as camadas dobradas tem concavidade voltadas para cima elas constituem um anticlinal (anti = oposto: clino = inclinação). As camadas mergulham para sentidos opostos, nessa estrutura em forma de arco); nos locais onde as camadas tem concavidade voltadas para baixo a estrutura é chamada sinclinal (syn = juntos: Clino = declive. As camadas mergulham em sentido convergente relativamente umas às outras (Fig. 19). No caso mais simples, as camadas de cada lado de uma dobra, ou seja, os limbos ou flancos da dobra possuem o mesmo valor de mergulho e nesse caso a dobra é dita ser simétrica. Neste caso, um plano que representa a bissetriz da dobra, denominado plano axial, é vertical. Fig 19: corte esquemático de estratos cruzados PAG 34 A erosão sobre camadas dobradas produz afloramentos nos quais a sucessão de camadas em um flanco é repetida no outro flanco, embora, naturalmente, na ordem inversa. Em um anticlinal

30 erodido as camadas mais antigas afloram no centro da estrutura, e à medida que nos movemos para fora da estrutura, sucessivamente são encontradas as camadas mais jovens da sequência (Fig. 20). Em um sinclinal erodido, inversamente, as camadas mais jovens estão centro da estrutura, sendo sucessivamente encontradas, as camadas mais velhas à proporção que nos dirigimos para a borda da estrutura (Fig. 21). Fig 20: Bloco diagrama de um anticlinal simétrica simétrica (uma dobra na vertical) Fig 21: Bloco diagrama de um sinclinal (uma dobra na vertical) DOBRAS ASSIMÉTRICAS Em muitos casos, os esforços na crosta terrestre geram dobras não simétricas, como as descritas anteriormente. Se as camadas em um flanco da dobra mergulham mais fortemente do que as camadas do outro flanco a dobra é assimétrica. A diferença de mergulho nos dois flancos da dobra definirão as larguras de seus afloramentos, os quais serão mais estreitos quanto mais forte for o mergulho do flanco (Fig 22). (Ver também a Fig. 8). Agora, o plano axial, bissetriz da dobra não é mais vertical, mas está inclinado e a dobra é chamada de dobra inclinada. Fig 22: Bloco diagrama de um sinclinal assimétrico (uma dobra inclinada) PAG 35 DOBRAS REVERSAS (OVERFOLDS) Se a assimetria de uma dobra é tão grande, de modo que ambos os flancos mergulhem no mesmo sentido (mesmo com ângulos diferentes de mergulho), o que significa que o flanco de mergulho mais forte, em uma dobra assimétrica foi levado para além da posição vertical, de modo que ele tem um mergulho inverso, geralmente forte e a dobra será chamada de reversa

31 (Fig. 23). As camadas do flanco com mergulho reverso, deve notar-se, estão de cabeça para baixo, ou seja invertidas. Fig 23 : Bloco diagrama de um overfold (um sinclinal overfolded) Fig 24: Bloco diagrama de dobras isoclinais, um caso especial de overfolding em que os membros das pregas são sub-paralela DOBRAS ISOCLINAIS As dobras isoclinais representam um caso especial de dobras em que os flancos mergulham no mesmo sentido, com o mesmo valor de ângulo de mergulho (isos = igual: clino = inclinação) como o termo sugere (Fig 24). Os planos axiais dessa série de dobras estarão também aproximadamente paralelos, quando se considera uma área pequena, porém em uma área mais extensa (maior do que aquela do mapa-problema) elas possam configurar uma estrutura em feixes. DOBRAS SIMILARES E CONCENTICAS Quando estratos, inicialmente horizontal, são dobrados, é evidente que as camadas mais elevadas do anticlinal irão formar um arco maior do que as camadas mais inferiores (e o inverso aplica-se à um sinclinal). Teoricamente, pelo menos, dois mecanismos são possíveis: as camadas da parte externa da dobra podem ser estiradas relativamente às da parte interna que são comprimidas ou as camadas externas da dobra podem deslizar sobre as superfícies das camadas mais internas (Fig. 25) A maneira segunda a qual as camadas vão reagir à aplicação dos esforços, dependerá da natureza dos materiais que a constituem (e do nível crustal em que a rocha se encontra). As rochas competentes, tais como os mármores e os arenitos não se estiram facilmente sob esforços tensionais ou compressionais, mas dão lugar à fraturamento ou dobras em caixa (buckling), enquanto as rochas incompetentes como os folhelhos ou argilitos são estiradas ou comprimidas. Assim, em uma sequência alternada de arenitos e folhelhos o arenito vai se fraturar ou sofrer estricção, enquanto os folhelhos vão ser comprimidos e preencher os espaços disponíveis.

32 Fig 25: Dois possíveis mecanismos de respostas às dobragens dos estratos PÁG. 36 DOBRAS CONCÊNTRICAS As camadas em uma dobra são aproximadamente concêntricas, i.e. as camadas sucessivas são dobrados em arcos que tem o mesmo centro de curvatura. As camadas mantem a sua espessura ao longo de toda a curvatura e ocorre somente um pequeno afinamento ou atenuação da camada nos flancos da dobra. (Fig. 26 a) Os flancos retos das dobras também mantem a uniformidade da espessura das camadas (exceto na crista da dobra) e o dobramento ocorre por deslizamento ao longo dos planos de acamamento, como é o caso das dobras concêntricas. Embora desenvolvido em rochas finamente bandadas (como as de Culm Measures em North Devon), a maioria dos mapasproblema utilizados neste livro, são elaborados com as dobras tendo flancos retos, o que proporciona um padrão simples de strike lines regularmente espaçadas em ambos os flancos da dobra. DOBRAS SIMILARES A forma dos planos sucessivos de acamamento é essencialmente similar, daí a sua denominação (Fig. 26b). O adelgaçamento das camadas tem lugar nos flancos das dobras (e frequentemente se desenvolve uma forte clivagem de plano axial). Este tipo de dobramento provavelmente ocorre quando as temperaturas e pressões são elevadas. Fig 26: Formas de círculos concêntricos (a) e semelhante dobrável (b)

33 PAG 37 MAPA 12: Desenhe strike lines para a superfície superior e inferior da camada de ardósia hachurada no mapa. A direção da camada é, aproximadamente, norte-sul ou leste-oeste? Indique no mapa as posições de eixos de anticlinal e de sinclinal. Desenhe uma seção ao longo da linha X-Y

34 PAG 38 DUAS POSSIBLIDADES PARA A DIREÇÃO DA CAMADA Uma strike line é desenhada pela união dos pontos em que o limite de um contato geológico (ou plano da estratificação) tem a mesma cota. Por definição essa superfície tem a mesma cota ao longo de toda a extensão da strike line. Claramente, se nós juntarmos os pontos X e Y (Fig.27) nós construiremos uma strike line para o plano de estratificação nela apresentado, de tal forma que não somente os pontos X e Y estão na mesma cota, mas o plano de estratificação está também na mesma cota, ao longo da linha X-Y. Entretanto se juntarmos os pontos W e X, embora eles estejam na mesma cota, nós não podemos construir uma linha de contorno estrutural, para o plano de estratificação, porque a cota não é a mesma ao longo da linha W-X; esta é dobrada com concavidade para baixo, formando um sinclinal. Assim, se tentarmos desenhar um padrão de strike line, o qual se constate estar errado, nós devemos procurar uma outra direção, aproximadamente em ângulos retos, em relação a nossa primeira tentativa. Deve-se notar também que a tentativa de visualizar as estruturas também deve ser feita. Por exemplo, no mapa 12 os lados do vale fornecem, em essência, uma sessão que sugere uma estrutura sinclinal, especialmente se o mapa for virado de cabeça pra baixo e olhado a partir do norte. Qual o teste para sabermos se encontramos a direção correta da camada? Nesses mapas relativamente simples as linhas de contorno estrutural devem ser paralelas e igualmente espaçadas (pelo menos para cada flanco de uma estrutura dobrada). Além disso, os cálculos de espessuras verdadeiras de uma camada em diferentes pontos do mapa devem dar o mesmo valor. Fig 27 Bloco diagrama ilustrando a direção das strikes lines em estratos dobrados. NOTA DO MAPA 13: Observe que o lado norte do vale, visto como uma seção, imediatamente dá o contorno das estruturas um virada sinclinal e anticlinal revirados ou reversos. PAG 39

35 MAPA 13: Desenhe as linhas de contorno estrutural de todos os contatos geológicos e deduza as direções e mergulhos das camadas. Que tipos de dobras estão presentes no mapa? Construa uma seção ao longo de uma linha leste-oeste. Desenhe os traços axiais, ou seja, os afloramentos dos planos axiais das dobras.

36 PAG 40 Mapa 14: Este mapa inclui todas as características estruturais até agora introduzidas, dobras, uma falha e uma discordância. Escreva uma breve história geológica da área mostrada no mapa, indicando a ordem dos eventos que produzem essas características estruturais. Construa uma seção ao longo da linha X-Y.

37 PAG 41 6 MAIS DOBRAS E DOBRAS-FALHAS DOBRAS COM CAIMENTO Nas dobras estudadas até agora, a crista do anticlinal ou a quilha do sinclinal, i.e. o eixo da dobra, tem tido uma postura horizontal e, consequentemente, as linhas de contorno estrutural desenhadas sobre as camadas de um flanco de dobra tem sido paralela às strikes lines das camadas do outro flanco da dobra. (Eles têm sido também paralelas ao plano axial, e nos casos nos quais o plano axial era vertical, paralelo traço axial (= afloramento do plano axial). Claramente, as dobras possuem geralmente extensões bastante limitadas e podem mergulhar em uma das extremidades até as camadas desaparecerem (Fig. 28). Fig.28 Mapa mostrando os estratos dobrados da anticlinal do afloramento, que mergulha para o oeste. Dobras simples que foram subsequentemente inclinadas por movimentos tectônicos também irão mergulhar. Este é o jeito mais simples de entender tais estruturas, embora elas possam ter sido originadas de outras maneiras. Esse tipo de dobra é referido em algumas obras anteriores como uma dobra tendo pitching, e não é raro o termo pitch e plunge são usados como sinônimos. Estudos avançados podem ser consultados em F.C. Phillips The Use of Stereographic Projection in Structural Geology (Edward Arnold, London), que deixa mais claro as diferenças entre esses termos. Os efeitos da erosão sobre as dobras com mergulho podem ser observadas nas Figs. 29 e 30. Os afloramentos dos contatos geológicos (nas strike lines) dos dois flancos de uma dobra não são paralelos. PÁG 42 Enquanto as strike lines são paralelas as camadas em cada flanco da dobra, estes dois flancos convergem, encontrando-se no plano axial (Figura 31).

38 Figura 29. Bloco diagrama de uma plunging syncline. Figura 30. Bloco diagrama de uma plunging anticline. Figura 31. Mapa de uma strike line padrão de um plunging fold. CÁLCULO DO VALOR DO PLUNGE Assim como a inclinação das camadas (mergulho) podem ser calculados pelo espaçamento das strike lines medidos no sentido do mergulho, o plunge de uma dobra pode ser calculado a partir do espaçamento das strike lines medido no sentido do plunge, i.e. ao longo do eixo. O plunge da dobra, mostrado na Figura 31, pode ser expresso como tendo um gradiente, 1 em 5. Se a escala do diagrama é 1 = 1000, o espaçamento da strike line ao longo do eixo de 0.5. (O mergulho do plano de acamamento de cada flanco é de 1 em 3: verifique se isto é assim mesmo). PÁG 43

39 Mapa 15. O mapa mostra partes de afloramentos de uma camada de carvão. Ela também foi encontrada em uma profundidade de 300 pés (91,44 metros) nas perfurações em vários pontos marcados com X. Complete os afloramentos da camada de carvão. Determine a profundidade na qual ela seria encontrado em poços (shaft) localizados em Y e Z. Também insira o afloramentos de outra camada que está aproximadamente 300 pés (91,44 metros) acima (verticalmente) na sucessão das camadas. Qual é o valor do plunge do eixo da dobra? PÁG 44

40 Mapa 16. São os eixos das duas dobras coincidentes? Desenhe uma seção ao longo da linha X-Y.

41 PÁG 45 Mapa 17. Insira um eixo de dobra. Qual é o throw e a idade relativa das falhas, F 1 e F 2? Note os efeitos do falhamento nos flancos das dobras e nos planos axiais. Desenhe uma seção ao longo da linha X-Y. Sombreie a área onde um poço (shaft) realizado sobre a camada de calcário encontraria a camada de carvão.